光伏電池可以發電而不會向大氣中排放溫室氣體，但太陽能的成本遠高於燃煤和燃氣發電廠產生的電力。 為了提高太陽能的競爭力，研究人員一直致力於提高太陽能電池將陽光轉化為電力的效率。
靈感可能來自最基礎的科學研究。 研究人員開始深入研究光合作用的複雜性，光合作用以接近 100% 的效率將陽光轉化為化學能。 一個由Gregory S. Engel領導的小組（他曾就職於加州大學伯克利分校，現在就職於芝加哥大學）將一種綠色硫細菌冷卻至 77 開爾文（−321 華氏度），然後用雷射的超短脈衝照射它，從而能夠跟蹤能量流過細菌的光合作用裝置。
研究人員發現，透過使用這種光譜技術，他們可以解釋植物如何有效地將太陽能轉移到分子反應中心，從而轉化為化學能。 之前對光合作用的看法認為，稱為髮色團的捕光分子從太陽吸收能量，然後沿著各種可能的路徑之一將能量從一個這樣的分子轉移到另一個分子，直到到達反應中心。
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該研究發現，與普遍的觀念相反，能量以波狀運動同時沿著系統中的所有路徑移動，這是一種量子效應，可確保能量採取最有效的路徑，幾乎瞬間到達其目的地。 最終，這種新的理解可能會成為人工光合作用過程的基礎，該過程可以融入更高效的光伏電池的設計中。
其他科學家正在設計更好的方法來利用陽光為建築物供暖和製冷。 倫斯勒理工學院的Steven Van Dessel和他的同事開發了一種名為主動建築圍護結構 (ABE) 的原型系統，該系統將太陽能電池板與熱電熱泵耦合。 太陽能電池產生的電力輸送到熱泵，熱泵可以根據電流方向加熱或冷卻建築物內部。 該研究小組目前正在研究使用薄膜光伏電池和熱電材料代替笨重的元件來建立透明 ABE 系統的可能性。 透明薄膜可以像釉料一樣應用於建築物的窗戶以及汽車的擋風玻璃和天窗。