Plantes vertes, les algues et certaines bactéries utilisent la lumière du soleil pour convertir l'énergie. Les pigments de la chlorophylle absorbent le rayonnement électromagnétique, qui induit des réactions chimiques dans les électrons. Ces réactions ont lieu dans le noyau de structures protéiques complexes, appelés par les experts photosystèmes I et II. Les processus qui se déroulent dans ces photosystèmes sont induits par des catalyseurs dans un certain ordre. Dans la première étape, l'oxygène est libéré de l'eau. Une réaction ultérieure prépare la production de glucides pour lesquels aucune autre source d'énergie n'est nécessaire.

Les centres réactionnels des photosystèmes sont entourés de pigments absorbant la lumière regroupés en complexes consolidés. Ces antennes augmentent la surface disponible pour que les rayons lumineux frappent et étendent le spectre des longueurs d'onde utilisables, deux conditions préalables à un bilan énergétique favorable. Chaque cœur de réacteur est entouré d'environ 30 antennes. Les expériences menées par les scientifiques sont encore loin de reproduire cette complexité naturelle. En général, un rapport de 1:1 est le meilleur qui puisse être atteint :une molécule absorbant la lumière en combinaison avec un catalyseur pour l'oxydation de l'eau. Un groupe de chercheurs dirigé par le professeur Dr. Dirk Guldi et son ancien employé le Dr. Konstantin Dirian espèrent révolutionner la technologie solaire en synthétisant des modules basés sur la corrélation entre structure et fonction dans le photosystème II, et les derniers résultats ont été publiés dans Chimie de la nature .

Dans les systèmes nouvellement développés, cristaux absorbant la lumière, tels que ceux déjà utilisés dans les LED, transistors et cellules solaires, sont superposés dans un réseau de nids d'abeilles hexagonaux autour d'un catalyseur d'oxydation de l'eau avec quatre atomes de métal de ruthénium au centre. Lorsqu'il est présenté de manière simplifiée, ces compacts, unités stables, qui sont constitués de deux composants avec un grand axe commun, rappellent les batteries cylindriques. Dans le processus chimique d'auto-assemblage, de telles « centrales électriques miniatures » créent des lattes bidimensionnelles. Comme des couches dans un gâteau, ils forment un bloc commun qui recueille l'énergie gagnée par les rayons du soleil.

Ce n'est pas une reproduction tout à fait exacte de l'arrangement idéal trouvé dans le photosystème naturel, mais le principe est le même. Cinq macromolécules en forme de nid d'abeilles capables de capter la lumière créent une gaine autour de chaque cœur de réacteur, et il a été démontré que ces petites centrales électriques sont efficaces et réussissent à capter l'énergie solaire. Ils ont une efficacité de plus de 40 pour cent, et les pertes sont minimes. Longueurs d'onde de la partie verte du spectre de couleurs, que reflètent les plantes, peut également être utilisé. Ces résultats de recherche nourrissent l'espoir que la technologie solaire pourra un jour utiliser l'énergie solaire aussi efficacement que la nature.