¿Qué características de la luz solar la hacen mucho más eficiente y / o efectiva que la luz artificial en términos de fotosíntesis?

El sol siempre será el más “eficiente” en un sentido práctico, por la simple razón de que es básicamente gratis.

Pero sí, podemos hacerlo mejor, técnicamente, y ya lo hacemos. El exceso de luz puede ser dañino para las plantas y la luz solar puede ser poco confiable.

Las empresas que utilizan muchos invernaderos o cámaras de crecimiento han estado utilizando LED durante varios años. La razón principal de esto es que ahorra energía sobre la luz eléctrica blanca. Actualmente, un espeluznante rosado-púrpura parecido a Barbie funciona bastante bien. Observe que las plantas están cerca del negro, como podría suponer que sería ideal:
Crece la luz

Supongo que puede haber algunas diferencias entre especies. También debe considerar la eficiencia / costo de la propia luz (independiente de la planta). Estoy seguro de que las longitudes de onda podrían modificarse un poco más, pero un ingeniero de LED probablemente pueda explicar por qué eso no es tan fácil como parece.

La luz solar emite luz blanca que contiene longitudes de onda de casi todo el espectro electromagnético. Las plantas contienen pigmentos fotosintéticos, el principal en las plantas superiores es la clorofila b, que cosecha la luz de una longitud de onda particular.

Aquí hay un gráfico de algunos espectros de absorción de pigmentos fotosintéticos:

Fuente de la imagen: FOTOSÍNTESIS

Como el sol contiene luz blanca, todas las plantas pueden cosechar energía de la luz solar.

Las bombillas artificiales generalmente tendrán un espectro de emisión mucho más pequeño. Por ejemplo, las bombillas de sodio utilizadas en la luz de la calle del Reino Unido emiten luz que es casi exclusivamente de alrededor de 600 nm (amarillo). La clorofila a y la clorofila b absorben con mayor eficacia la luz roja y azul, por lo que las bombillas de sodio son mucho menos eficientes que el sol.

El espectro de emisión de sodio:

Sin embargo, podría diseñar bombillas específicas que emitieran las longitudes de onda de luz correctas para una planta en particular, en cuyo caso la única diferencia sería la intensidad de la luz.

Agregado basado en el comentario:

Los láseres son un ejemplo de luz de alta intensidad que muestra que podemos lograr una luz muy específica muy enfocada, probablemente superando al sol por área. El problema es que cuesta dinero producirlo. El sol mantiene una alta intensidad de luz blanca sobre una gran área de forma gratuita, lo que lo convierte en el más práctico para la agricultura.

Básicamente la respuesta es: porque el sol es la fuente de luz natural.

Cuando las plantas emergieron y comenzaron a “aprender” la fotosíntesis, solo la fuente de luz ubicua y permanente era el sol. Por lo tanto, las plantas que se adaptaron mejor al espectro de luz solar fueron las que sobrevivieron y se reprodujeron mejor. El resultado de eso es que las plantas de hoy están muy bien adaptadas a la luz solar por millones de años de evolución y, en consecuencia, cualquier otra luz les es menos útil.

Las plantas evolucionaron para aprovechar al máximo la luz natural disponible … que es la luz solar. Por lo tanto, funcionan mejor a la luz del sol.