Likheter mellan solceller och fotosyntes

Både solceller och växter skördar energi från solljus. Solceller från solceller samlar solljus och omvandlar det till el. Växtlöv samlar solljus och omvandlar det till lagrad kemisk energi. Både solceller och växter gör samma jobb, men de gör det på olika sätt. Det finns dock likheter mellan de två metoderna. En typ av solceller är till och med utformad så att den liknar fotosyntes som möjligt.

Energin i solljus kommer som små paket som kallas fotoner. Fotoner har vardera en liten bit energi. Energin i en blå foton är högre än energin i en röd foton. Det är viktigt eftersom både solceller och växter bara kan absorbera solljus om energin är precis rätt. När ett material absorberar solljus överför fotonerna i ljuset sin energi till elektroner i materialet. Elektroner kan bara absorbera energi inom ett smalt område, så en given elektron kommer endast att kunna ta emot energi från fotoner av specifika färger i ljusspektret.

Både solceller och fotosyntetiska växter är inställda för att absorbera fotoner. I fotosyntes har evolutionen producerat klorofyll, en molekyl som absorberar det starkaste solljuset. För solceller har ingenjörer konstruerat kristaller där elektronerna kan använda bara den mängd energi som finns i solljusfotoner. I båda fallen absorberas fotoner av elektroner, som tar upp extra energi. En elektron med extra energi kallas en exciterad elektron eller en elektron i ett exciterat tillstånd.

Både växt- och solceller måste hantera upphetsade elektroner snabbt innan de ger upp sin energi och går tillbaka dit de var innan de absorberade sina fotoner. I fotosyntes löses problemet genom att flytta elektronen från en molekyl till en annan tills den sätter sig i en molekyl som kan lagra energi under lång tid. I solceller slängs de upphetsade elektronerna in i en krets, där de antingen kör något direkt eller dirigeras till ett batteri för förvaring.

Det finns en icke-standard typ av solcell som försöker kopiera hur fotosyntes fungerar. Istället för att flytta en elektron så snabbt som möjligt genom en kristall med identiska atomer, den färgämneskänsliga solcellen absorberar energi i en färgmolekyl och överför sedan den exciterade elektronen till ett annat material som ligger intill färgämnet molekyl. Det hindrar elektronen från att kunna förlora sin energi värdelöst. När den är ansluten till en krets, tar elektronen sig igenom det andra materialet utan för mycket risk för att förlora sin energi.