أوجه التشابه بين الخلايا الشمسية والتمثيل الضوئي

تأتي الطاقة في ضوء الشمس على شكل طرود صغيرة تسمى الفوتونات، وعادةً ما تحمل كل من هذه الفوتونات قدراً ضئيلاً من الطاقة، فعلى سبيل المثال تعتبر طاقة الفوتون الأزرق أعلى من طاقة الفوتون الأحمر، ويعتبر هذا الشي مهم جداً لأن كلاً من الخلايا الشمسية والنباتات لا يمكنها فعلاً امتصاص ضوء الشمس، إلا إذا كانت الطاقة مناسبة تماماً.

فعندما تمتص مادة ما ضوء الشمس فإن الفوتونات الموجودة في الضوء تنقل طاقتها إلى الإلكترونات في: المادة، ولكن لا تستطيع جميع الإلكترونات امتصاص الطاقة إلا في نطاق ضيق، لذا فإن هذه الإلكترونات ستكون قادرة فقط على قبول الطاقة من فوتونات ذات ألوان معينة في طيف الضوء.

عادةً ما يتم إنشاء كل من الخلايا الكهروضوئية والنباتات الضوئية لامتصاص الفوتونات، فعلى سبيل المثال في عملية التمثيل الضوئي قد تُنتج الطاقة من خلال الكلوروفيل، وهو جزيء يمتص لمعان ضوء الشمس، وأما بالنسبة للخلايا الكهروضوئية فقد صمم المهندسون بلورات لتمكن الإلكترونات من أن تستخدم فقط كمية الطاقة الموجودة في فوتونات ضوء الشمس، وفي كلتا هاتان الحالتين تمتص الإلكترونات -الفوتونات- لكي تنتج الطاقة.

بشكل عام يجب أن تتعامل كل من الخلايا النباتية والشمسية مع معظم الإلكترونات المُثارة بسرعة كبيرة قبل أن تتخلى عن طاقتها (تعود إلى حيث كانت قبل أن تُمتص فوتوناتها)، ففي عملية التمثيل الضوئي يتم حل المشكلة عن طريق: نقل الإلكترون من جزيء إلى آخر حتى يستقر في جزيء يمكنه تخزين الطاقة لفترة طويلة، وفي الخلايا الكهروضوئية يتم نقل الإلكترونات المثارة إلى دائرة، حيث إما تقوم بتشغيل شيء ما على الفور أو يتم توجيهها إلى بطارية للتخزين.

يوجد هناك نوع غير قياسي من الخلايا الكهروضوئية يحاول نسخ الطريقة التي يعمل بها التمثيل الضوئي، وكان هذه النوع هو: عبارة عن تحريك الإلكترون بأسرع ما يمكن عن طريق بلورة ذرات متطابقة تمتص عادةً الخلية الشمسية الحساسة للطاقة في جزيء الصبغة، ومن ثم تنقل الإلكترون المُثار إلى مادة أخرى بجوار جزيء الصبغة، وهذا بدوره قد يمنع الإلكترون من أن يفقد طاقته دون جدوى.