Sia le celle solari che le piante raccolgono energia dalla luce solare. Le celle solari fotovoltaiche raccolgono la luce solare e la trasformano in elettricità. Le foglie delle piante raccolgono la luce solare e la convertono in energia chimica immagazzinata. Sia le celle solari che le piante stanno facendo lo stesso lavoro, ma lo fanno in modi diversi. Vi sono tuttavia somiglianze tra i due approcci. Un tipo di cella solare è anche progettato per essere il più simile possibile alla fotosintesi.

Energia dalla luce

L'energia alla luce del sole si presenta come piccoli pacchi chiamati fotoni. I fotoni portano ciascuno un pochino di energia. L'energia di un fotone blu è superiore all'energia di un fotone rosso. Questo è importante perché sia ​​le celle solari che le piante possono assorbire la luce solare solo se l'energia è giusta. Quando un materiale assorbe la luce solare, i fotoni nella luce trasferiscono la loro energia agli elettroni nel materiale. Gli elettroni possono assorbire energia solo in un intervallo ristretto, quindi un determinato elettrone sarà in grado di accettare energia solo da fotoni di colori specifici nello spettro luminoso.

The Right Photon Energy

Sia il fotovoltaico che le piante fotosintetiche sono predisposte per assorbire i fotoni. Nella fotosintesi, l'evoluzione ha prodotto la clorofilla, una molecola che assorbirà la luce solare più brillante. Per il fotovoltaico, gli ingegneri hanno progettato cristalli in cui gli elettroni possono utilizzare solo la quantità di energia contenuta nei fotoni della luce solare. In entrambi i casi, i fotoni vengono assorbiti dagli elettroni, che assorbono l'energia extra. Un elettrone con energia extra è chiamato elettrone eccitato, o un elettrone in uno stato eccitato.

Gestione di elettroni eccitati

​​Sia le cellule vegetali che quelle solari devono gestire gli elettroni eccitati rapidamente, prima di rinunciare al loro energia e tornare dove erano prima che assorbissero i loro fotoni. Nella fotosintesi, il problema viene risolto spostando l'elettrone da una molecola all'altra fino a quando si deposita in una molecola in grado di immagazzinare energia per un lungo periodo. Nel fotovoltaico, gli elettroni eccitati vengono trasportati in un circuito, dove eseguono qualcosa subito o vengono instradati in una batteria per l'archiviazione.

Celle sensibili alla tintura

Esiste un tipo non standard di cella fotovoltaica che cerca di copiare il modo in cui funziona la fotosintesi. Invece di spostare un elettrone il più rapidamente possibile attraverso un cristallo di atomi identici, la cellula solare sensibilizzata dalla tintura assorbe energia in una molecola di colorante, quindi trasferisce l'elettrone eccitato in un altro materiale situato adiacente alla molecola del colorante. Ciò impedisce all'elettrone di perdere inutilmente la sua energia. Quando è collegato a un circuito, l'elettrone si fa strada attraverso il secondo materiale senza il troppo pericolo di perdere la sua energia.