Як сонячні елементи, так і рослини отримують енергію від сонячного світла. Фотоелектричні сонячні елементи збирають сонячне світло і перетворюють його на електрику. Листя рослин збирають сонячне світло і перетворюють його в накопичену хімічну енергію. І сонячні елементи, і рослини виконують однакову роботу, але роблять її по-різному. Однак між цими двома підходами є подібність. Один тип сонячних батарей навіть розроблений таким чином, щоб бути максимально схожим на фотосинтез.
Енергія від світла
Енергія в сонячному світлі надходить у вигляді невеликих посилок, які називаються фотонами. Кожен фотон несе крихітну частинку енергії. Енергія синього фотона вище енергії червоного фотона. Це важливо, оскільки сонячні елементи і рослини можуть поглинати сонячне світло лише в тому випадку, якщо енергія в самий раз. Коли матеріал поглинає сонячне світло, фотони у світлі передають свою енергію електронам у матеріалі. Електрони можуть поглинати енергію лише у вузькому діапазоні, тому даний електрон зможе приймати енергію лише від фотонів певних кольорів у спектрі світла.
Правильна енергія фотонів
Як фотоелектричні, так і фотосинтетичні рослини створені для поглинання фотонів. Під час фотосинтезу еволюція утворила хлорофіл - молекулу, яка поглине найяскравіше сонячне світло. Для фотоелектрики інженери сконструювали кристали, де електрони можуть використовувати лише ту кількість енергії, яка міститься у фотонах сонячного світла. В обох випадках фотони поглинаються електронами, які забирають додаткову енергію. Електрон з додатковою енергією називається збудженим електроном, або електроном у збудженому стані.
Поводження з збудженими електронами
Як рослинні, так і сонячні клітини повинні швидко обробляти збуджені електрони, перш ніж вони віддадуть свою енергію і повернуться туди, де були до того, як поглинули свої фотони. При фотосинтезі проблема вирішується шляхом переміщення електрона від однієї молекули до іншої, поки він не осяде в молекулі, яка може довго зберігати енергію. У фотоелектриці збуджені електрони виводяться в ланцюг, де вони або запускають щось відразу, або направляються в батарею для зберігання.
Клітини, чутливі до барвників
Існує нестандартний тип фотоелементів, який намагається скопіювати спосіб роботи фотосинтезу. Замість того, щоб рухати електрон якомога швидше через кристал однакових атомів, сенсибілізований барвником сонячний елемент поглинає енергію в молекулі барвника, а потім переносить збуджений електрон в інший матеріал, розташований поруч із барвником молекула. Це утримує електрон від можливості марно втрачати свою енергію. При підключенні до ланцюга електрон пробирається через другий матеріал без надто великої небезпеки втратити свою енергію.