Zowel zonnecellen als planten oogsten energie uit zonlicht. Fotovoltaïsche zonnecellen vangen zonlicht op en veranderen het in elektriciteit. Bladeren van planten verzamelen zonlicht en zetten het om in opgeslagen chemische energie. Zowel zonnecellen als planten doen hetzelfde werk, maar ze doen het op verschillende manieren. Er zijn echter overeenkomsten tussen de twee benaderingen. Eén type zonnecel is zelfs ontworpen om zo veel mogelijk op fotosynthese te lijken.

Energie van licht en

De energie in zonlicht komt als kleine stukjes die fotonen worden genoemd. Fotonen dragen elk een klein beetje energie. De energie van een blauw foton is hoger dan de energie van een rood foton. Dat is belangrijk omdat zowel zonnecellen als planten alleen zonlicht kunnen absorberen als de energie precies goed is. Wanneer een materiaal zonlicht absorbeert, verplaatsen de fotonen in het licht hun energie naar elektronen in het materiaal. Elektronen kunnen energie slechts in een klein bereik absorberen, dus een bepaald elektron zal alleen energie kunnen opnemen van fotonen van specifieke kleuren in het lichtspectrum.

De juiste fotonenergie

Beide fotovoltaïsche cellen en fotosynthetische planten zijn opgezet om fotonen te absorberen. In de fotosynthese heeft evolutie chlorofyl geproduceerd, een molecuul dat het helderste zonlicht absorbeert. Voor fotovoltaïsche cellen hebben ingenieurs kristallen ontworpen waarbij de elektronen alleen de hoeveelheid energie in zonlichtfotonen kunnen gebruiken. In beide gevallen worden fotonen geabsorbeerd door elektronen, die de extra energie opnemen. Een elektron met extra energie wordt een opgewonden elektron of een elektron in een aangeslagen toestand genoemd.

Omgaan met opgewonden elektronen

Zowel planten- als zonnecellen moeten opgewonden elektronen snel verwerken voordat ze hun energie en ga terug waar ze waren voordat ze hun fotonen absorbeerden. In de fotosynthese wordt het probleem opgelost door het elektron van het ene molecuul naar het andere te verplaatsen totdat het zich nestelt in een molecuul dat energie lang kan opslaan. Bij fotovoltaïsche cellen worden de geëxciteerde elektronen naar een circuit gezogen, waar ze iets direct uitvoeren of naar een batterij worden geleid voor opslag.

Kleurstofgevoelige cellen

Er is een niet-standaard type van een fotovoltaïsche cel die probeert de manier te kopiëren waarop fotosynthese werkt. In plaats van een elektron zo snel mogelijk door een kristal van identieke atomen te verplaatsen, absorbeert de kleurstof-gesensibiliseerde zonnecel energie in een kleurstofmolecuul en draagt ​​vervolgens het geëxciteerde elektron over in een ander materiaal dat zich naast het kleurstofmolecuul bevindt. Dat weerhoudt het elektron ervan om zijn energie nutteloos te verliezen. Wanneer verbonden met een circuit, maakt het elektron zijn weg door het tweede materiaal zonder al te veel gevaar zijn energie te verliezen.