Tako sončne celice kot rastline energijo pridobivajo iz sončne svetlobe. Fotonapetostne sončne celice zbirajo sončno svetlobo in jo spreminjajo v električno. Listi rastlin zbirajo sončno svetlobo in jo pretvarjajo v shranjeno kemično energijo. Tako sončne celice kot rastline opravljajo enako delo, vendar ga opravljajo na različne načine. Vendar obstajata podobnosti med obema pristopoma. Ena vrsta sončnih celic je celo zasnovana tako, da je čim bolj podobna fotosintezi.
Energija iz svetlobe
Energija v sončni svetlobi prihaja iz majhnih paketov, imenovanih fotoni. Vsak od fotonov nosi majhen delček energije. Energija modrega fotona je večja od energije rdečega fotona. To je pomembno, saj lahko sončne celice in rastline sončno svetlobo absorbirajo le, če je energija ravno pravšnja. Ko material absorbira sončno svetlobo, fotoni v svetlobi prenašajo svojo energijo na elektrone v materialu. Elektroni lahko absorbirajo energijo le v ozkem območju, zato bo dani elektron lahko sprejel energijo le iz fotonov določenih barv v svetlobnem spektru.
Prava fotonska energija
Tako fotovoltaične kot fotosintetske rastline so postavljene tako, da absorbirajo fotone. Pri fotosintezi je evolucija proizvedla klorofil, molekulo, ki bo absorbirala najsvetlejšo sončno svetlobo. Za fotovoltaiko so inženirji zasnovali kristale, pri katerih lahko elektroni porabijo ravno toliko energije, ki jo vsebujejo fotoni sončne svetlobe. V obeh primerih fotone absorbirajo elektroni, ki prevzamejo dodatno energijo. Elektron z dodatno energijo se imenuje vzbujeni elektron ali elektron v vzbujenem stanju.
Ravnanje z vznemirjenimi elektroni
Tako rastlinske kot sončne celice morajo hitro ravnati z vzbujenimi elektroni, preden se odrečejo svoji energiji in se vrnejo nazaj, kjer so bile, preden so absorbirale svoje fotone. Pri fotosintezi se težava reši s premikanjem elektrona iz ene molekule v drugo, dokler se ne usede v molekulo, ki lahko dolgo časa shranjuje energijo. V fotovoltaiki se vzbujeni elektroni odpeljejo v vezje, kjer bodisi nekaj takoj zaženejo bodisi preusmerijo v baterijo za shranjevanje.
Celice, občutljive na barvila
Obstaja nestandardna vrsta fotonapetostnih celic, ki poskuša kopirati način delovanja fotosinteze. Namesto da se elektron čim hitreje premakne skozi kristal enakih atomov, na barvilo občutljivo sončno celico absorbira energijo v molekuli barvila, nato pa vznemirjeni elektron prenese v drug material, ki se nahaja v bližini barvila molekula. To preprečuje, da bi elektron neuporabno izgubil energijo. Ko je elektron povezan z vezjem, se prebije skozi drugi material brez prevelike nevarnosti izgube energije.