光伏电池可以发电而不会向大气中排放温室气体，但太阳能的成本远高于燃煤和燃气发电厂产生的电力。 为了提高太阳能的竞争力，研究人员一直致力于提高太阳能电池将阳光转化为电力的效率。
灵感可能来自最基础的科学研究。 研究人员开始深入研究光合作用的复杂性，光合作用以接近 100% 的效率将阳光转化为化学能。 一个由Gregory S. Engel领导的小组（他曾就职于加州大学伯克利分校，现在就职于芝加哥大学）将一种绿色硫细菌冷却至 77 开尔文（−321 华氏度），然后用激光的超短脉冲照射它，从而能够跟踪能量流过细菌的光合作用装置。
研究人员发现，通过使用这种光谱技术，他们可以解释植物如何有效地将太阳能转移到分子反应中心，从而转化为化学能。 之前对光合作用的看法认为，称为发色团的捕光分子从太阳吸收能量，然后沿着各种可能的路径之一将能量从一个这样的分子转移到另一个分子，直到到达反应中心。
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该研究发现，与普遍的观念相反，能量以波状运动同时沿着系统中的所有路径移动，这是一种量子效应，可确保能量采取最有效的路径，几乎瞬间到达其目的地。 最终，这种新的理解可能会成为人工光合作用过程的基础，该过程可以融入更高效的光伏电池的设计中。
其他科学家正在设计更好的方法来利用阳光为建筑物供暖和制冷。 伦斯勒理工学院的Steven Van Dessel和他的同事开发了一种名为主动建筑围护结构 (ABE) 的原型系统，该系统将太阳能电池板与热电热泵耦合。 太阳能电池产生的电力输送到热泵，热泵可以根据电流方向加热或冷却建筑物内部。 该研究小组目前正在研究使用薄膜光伏电池和热电材料代替笨重的组件来创建透明 ABE 系统的可能性。 透明薄膜可以像釉料一样应用于建筑物的窗户以及汽车的挡风玻璃和天窗。