Τα φυτά παίρνουν την ενέργειά τους με τρόπο που είναι πολύ διαφορετικός από τον τρόπο που οι άνθρωποι λαμβάνουν ενέργεια. Όταν ένας άνθρωπος χρειάζεται ενέργεια, τρώει φαγητό. Όταν ένα φυτό χρειάζεται ενέργεια, χρησιμοποιεί τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης για να πάρει διοξείδιο του άνθρακα από το περιβάλλον και να χρησιμοποιήσει το ηλιακό φως για να το μετατρέψει σε σάκχαρα, το είδος της ενέργειας που χρειάζεται για να συνεχίσει να ζει. Οι επιστήμονες εργάζονται για να αναπαράγουν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, προσπαθώντας να αξιοποιήσουν την ενέργεια του ήλιου με έναν νέο, αποτελεσματικό και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο, και η έρευνα για την τεχνητή φωτοσύνθεση έχει αποφέρει ενδιαφέροντα αποτελέσματα.
Η ικανότητα παραγωγής τεχνητής φωτοσύνθεσης ανακοινώθηκε για πρώτη φορά το 2000, αν και πριν από τότε η έρευνα βρισκόταν στα στάδια σχεδιασμού. Οι ερευνητές βασίστηκαν στο φαινόμενο Honda-Fujishima, το οποίο ανακαλύφθηκε το 1953 και χρησιμοποιεί διοξείδιο του τιτανίου ως φωτοκαταλύτη. Ένας φωτοκαταλύτης επιταχύνει τις διαδικασίες που σχετίζονται με το φως και, στην περίπτωση αυτή, την ενέργεια.
Λόγω του επιστημονικού και επιχειρηματικού ενδιαφέροντος για την τεχνητή φωτοσύνθεση και της επιθυμίας για πιθανά νέα προϊόντα που θα μπορούσαν να προέλθουν από αυτήν, το ερευνητικό πεδίο χωρίστηκε σε δύο πλευρές. Αυτό έδωσε δύο διαφορετικά αποτελέσματα: φωτοηλεκτροχημικά κύτταρα και ηλιακά κύτταρα ευαισθητοποιημένα με βαφή. Κάθε κύτταρο λειτουργεί με διαφορετικές αρχές, αλλά προσπαθεί να επιτύχει το ίδιο αποτέλεσμα: τεχνητή φωτοσυνθετική ενέργεια που μπορεί να αξιοποιηθεί και να αποθηκευτεί για μελλοντική χρήση, η οποία θα μείωνε την εξάρτηση του κόσμου από μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Τα φωτοηλεκτροχημικά κύτταρα, που αναφέρονται επίσης ως PEC, χρησιμοποιούν το ηλεκτρικό ρεύμα του νερού για να δημιουργήσουν υδρογόνο και οξυγόνο σε μια διαδικασία που ονομάζεται ηλεκτρόλυση. Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί στη συνέχεια να αποθηκευτεί στο υδρογόνο, το οποίο είναι ένας «φορέας ενέργειας», και η ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί αργότερα, όπως στις μπαταρίες. Υπάρχουν δύο τύποι PEC, ένας που χρησιμοποιεί επιφάνειες ημιαγωγών για να απορροφήσει την ηλιακή ενέργεια και να βοηθήσει στη διάσπαση των μορίων του νερού για χρήση ενέργειας. Η άλλη ποικιλία χρησιμοποιεί διαλυμένα μέταλλα για να αντλήσει ηλιακή ενέργεια και να ξεκινήσει τη διαδικασία της τεχνητής φωτοσύνθεσης. Οι πιο συνηθισμένοι μεταλλικοί καταλύτες για αυτόν τον τύπο αντίδρασης είναι το κοβάλτιο και το ρόδιο. Ερευνητές από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) ανακάλυψαν ότι αυτά τα μέταλλα είναι τα πιο αποτελεσματικά για τέτοιου είδους εργασίες.
Ο άλλος τύπος κυψέλης που ερευνάται, το ευαισθητοποιημένο με χρωστικές ηλιακές κυψέλες, μερικές φορές ονομάζεται κυψέλη Gratzel ή κυψέλη Graetzel. Όπως τα PEC, τα ευαισθητοποιημένα με χρωστικές τεχνητές κυψέλες φωτοσύνθεσης χρησιμοποιούν έναν ημιαγωγό για τη συλλογή ενέργειας, συνήθως πυριτίου. Στα ευαισθητοποιημένα με χρωστικές κυψέλες, ο ημιαγωγός χρησιμοποιείται για τη μεταφορά της συλλεγόμενης ενέργειας και τα φωτοηλεκτρόνια, ή ενεργειακά σωματίδια, διαχωρίζονται και αξιοποιούνται χρησιμοποιώντας ειδικές βαφές. Τα κύτταρα Gratzel θεωρούνται η πιο αποτελεσματική μορφή τεχνητής φωτοσύνθεσης που είναι διαθέσιμη αυτή τη στιγμή, καθώς και η πιο οικονομικά αποδοτική στην κατασκευή. Τα μειονεκτήματα οφείλονται κυρίως σε ανησυχίες σχετικά με τη θερμοκρασία που σχετίζονται με τις υγρές βαφές, επειδή αυτές μπορούν να παγώσουν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και να σταματήσουν την παραγωγή ενέργειας και να επεκταθούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες και να σπάσουν.
Εξακολουθεί να διεξάγεται έρευνα στον τομέα της τεχνητής φωτοσύνθεσης, ειδικά για την αναζήτηση καλύτερων καταλυτών και μηχανισμών μεταφοράς ενέργειας. Αν και δεν είναι η πιο αποτελεσματική διαθέσιμη μορφή παραγωγής ενέργειας, εξακολουθεί να υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για αυτά λόγω της υψηλής πιθανής απόδοσης, του χαμηλού κόστους κατασκευής και των πιθανών επιπτώσεων για το περιβάλλον. Εάν η τεχνητή φωτοσύνθεση μπορούσε να γίνει προσιτή και αξιόπιστη, η εξάρτηση του κόσμου από τα μη ανανεώσιμα ορυκτά καύσιμα θα μπορούσε να μειωθεί σημαντικά.