Augalai gauna energiją tokiu būdu, kuris labai skiriasi nuo to, kaip žmonės gauna energiją. Kai žmogui reikia energijos, jis valgo. Kai augalui reikia energijos, jis naudoja fotosintezės procesą, kad paimtų iš aplinkos anglies dioksidą ir saulės šviesą paverstų jį cukrumi, o tai yra energijos rūšis, kurios reikia, kad galėtų gyventi. Mokslininkai stengėsi pakartoti fotosintezės procesą, bandydami panaudoti saulės energiją nauju, efektyviu ir ekologišku būdu, o dirbtinės fotosintezės tyrimai davė įdomių rezultatų.
Pirmą kartą apie galimybę gaminti dirbtinę fotosintezę buvo paskelbta 2000 m., nors iki tol tyrimai buvo planavimo stadijose. Tyrėjai rėmėsi Honda-Fujishima efektu, kuris buvo atrastas 1953 metais ir kuriame kaip fotokatalizatorius naudojamas titano dioksidas. Fotokatalizatorius pagreitina procesus, susijusius su šviesa ir, šiuo atveju, energija.
Dėl mokslinio ir verslo susidomėjimo dirbtine fotosinteze ir potencialių naujų produktų, kurie galėtų atsirasti iš jos, noro, tyrimų sritis suskilo į dvi puses. Tai davė du skirtingus rezultatus: fotoelektrocheminius elementus ir dažais jautrintus saulės elementus. Kiekviena ląstelė veikia skirtingais principais, tačiau stengiasi gauti tą patį rezultatą: dirbtinę fotosintezės energiją, kurią galima panaudoti ir kaupti vėlesniam naudojimui, o tai sumažintų pasaulio priklausomybę nuo neatsinaujinančių energijos šaltinių.
Fotoelektrocheminiai elementai, dar vadinami PEC, naudoja vandens elektros srovę, kad sukurtų vandenilį ir deguonį procese, vadinamame elektrolize. Tada elektra gali būti saugoma vandenilyje, kuris yra “energijos nešiklis”, o energija gali būti naudojama vėliau, pavyzdžiui, baterijose. Yra dviejų tipų PEC, kurių vienas naudoja puslaidininkinius paviršius, kad sugertų saulės energiją ir padėtų skaidyti vandens molekules energijai naudoti. Kita rūšis naudoja ištirpusius metalus, kad gautų saulės energiją ir pradėtų dirbtinės fotosintezės procesą. Dažniausiai tokio tipo reakcijoms naudojami metaliniai katalizatoriai yra kobaltas ir rodis. Masačusetso technologijos instituto (MIT) mokslininkai nustatė, kad šie metalai yra veiksmingiausi tokiam darbui.
Kitas tiriamų elementų tipas, dažais jautrintas saulės elementas, kartais vadinamas Gratzelio elementu arba Graetzelio elementu. Kaip ir PEC, dažais jautrintos dirbtinės fotosintezės ląstelės naudoja puslaidininkį energijai, dažniausiai siliciui, rinkti. Dažams jautrintose ląstelėse puslaidininkis naudojamas surinktai energijai transportuoti, o fotoelektronai, arba energijos dalelės, atskiriami ir panaudojami naudojant specialius dažus. Gratzel ląstelės laikomos veiksmingiausia šiuo metu turima dirbtinės fotosintezės forma, taip pat ekonomiškiausia gaminti. Trūkumai daugiausia atsiranda dėl temperatūros problemų, susijusių su skystais dažais, nes jie gali užšalti žemesnėje temperatūroje ir nustoti gaminti energiją, o aukštesnėje temperatūroje išsiplėsti ir sulūžti.
Dirbtinės fotosintezės srityje vis dar atliekami tyrimai, ypač siekiant rasti geresnių katalizatorių ir energijos transportavimo mechanizmus. Nors jie nėra pati veiksmingiausia energijos gamybos forma, dėl didelio potencialaus derlingumo, mažų gamybos sąnaudų ir galimo poveikio aplinkai jais vis dar yra didelis susidomėjimas. Jei dirbtinė fotosintezė būtų prieinama ir patikima, pasaulio priklausomybė nuo neatsinaujinančio iškastinio kuro galėtų labai sumažėti.