Solarne ćelije s kvantnim točkama su solarne ćelije izgrađene na mreži kristala proizvedenih u nanometarskoj skali koje imaju potencijal nadmašiti konvencionalne tehnologije solarnih ćelija zbog temeljnog ograničenja načina na koji solarne ćelije hvataju sunčevu svjetlost. Standardna solarna ćelija izgrađena je na sloju materijala koji je najučinkovitiji u hvatanju jednog određenog pojasa ili valne duljine svjetlosti. Međutim, kvantne točke u solarnim ćelijama s kvantnim točkama mogu se stvoriti za hvatanje više vrpca svjetlosti mijenjajući njihovu veličinu i kemijski sastav u procesu proizvodnje. To čini niz različitih vrsta kvantnih točaka na jednom sloju supstrata potencijalno sposobnim uhvatiti širok raspon valnih duljina svjetlosti, što ih čini mnogo učinkovitijim i ekonomičnijim za proizvodnju od standardnih solarnih ćelija.
Tehničko ograničenje za pretvaranje sunčeve svjetlosti u električnu energiju s materijalom solarne ćelije sastavljenom od jedne vrste kemijske strukture je teoretski maksimalno 31%. Međutim, komercijalne solarne ćelije od 2011. imaju samo praktičnu razinu učinkovitosti od 15% do 17% na svojoj maksimalnoj razini. Istraživanja su u tijeku desetljećima kako bi se pronašla poboljšanja tehnologije solarnih ćelija s nekoliko stajališta, kao što je smanjenje troškova fotonaponskog materijala na bazi visoko čistog silicija zamjenom fleksibilnih polimernih i metalnih supstrata. Istraživanje solarnih ćelija također je usredotočeno na hvatanje šireg raspona raspona svjetlosti, kako slaganjem različitih slojeva materijala solarnih ćelija, tako i konstruiranjem jedinstvenih kristala, poznatih kao kvantne točke, na jednom sloju solarne ćelije. Svi pristupi imaju svoje nedostatke, a solarne ćelije s kvantnim točkama također pokušavaju iskoristiti svoje prednosti gdje je to moguće.
Nova tehnologija solarnih ćelija kvantnih točaka izgrađena je na fizici i kemiji samih kvantnih točaka, ali također uključuje princip višeslojne solarne ćelije i sposobnost ugradnje ovih komponenti u lakše proizvedene, potencijalno- fleksibilna podloga. U idealnom slučaju, tehnologija je usmjerena na proizvodnju onoga što je poznato kao solarna ćelija punog spektra, sposobna uhvatiti do 85% zračeće, vidljive svjetlosti i pretvoriti je u električnu energiju, kao i uhvatiti dio svjetlosti u infracrvenom i ultraljubičastom pojasu. Izlaz energije za takve solarne ćelije dosegao je učinkovitost od 42% u laboratoriju od 2011. godine, a trenutni napori uključuju pronalaženje praktičnih, isplativih kemijskih struktura za takvu tehnologiju kako bi se mogla masovno proizvoditi.
Pristupi sljedećoj generaciji solarnih ćelija usredotočeni su na model s tri pojasa ili višestruki spoj, gdje su različiti slojevi poluvodičkih legura galij-arsenid-nitrat međusobno povezani. Drugi kemijski sastav s više spojeva koristi leguru cink-mangan-telurij, a solarne ćelije kvantnih točaka također se izrađuju od kadmij-sulfida na podlozi od titanovog dioksida koja je obložena organskim molekulama za međusobno povezivanje metalne podloge i kvantnih točkica. Ostale varijacije na tri sloja zazora uključuju istraživanje korištenjem indij-galij-fosfida, indij-galij-arsenida i germanija. Čini se da mnoge kemijske kombinacije djeluju, a čini se da veličina molekula korištenih u procesu, kao što je sloj organske međusobne veze, ima više izravnog utjecaja na učinkovitost solarnih ćelija kvantnih točaka da hvataju široki spektar svjetlosti od stvarna kemija samih materijala. Međutim, slojevi u solarnoj ćeliji s više spojeva, uključujući i same kvantne točke, često moraju biti manje od dva nanometra, što zahtijeva izuzetno finu razinu preciznosti da bi se proizvela samo postrojenja za proizvodnju mikročipova koja proizvode računalne procesore i memoriju. sposoban za masovno.
Cilj istraživanja kvantnih točaka solarnih ćelija je da solarne ćelije budu učinkovitije i jeftinije za proizvodnju. U idealnom slučaju, oni će biti izgrađeni na fleksibilnim polimernim materijalima kako bi se mogli obojiti na zgrade ili koristiti kao premaz za prijenosnu elektroniku. Tada bi se također mogle tkati u sintetičke tkanine za odjeću i presvlake u automobilima. To bi dalo tehnologiji solarnih ćelija raširenu primjenu u proizvodnji električne energije koja bi mogla nadopuniti ili zamijeniti potrebu za korištenjem fosilnih goriva za mnoge uobičajene potrebe potrošača, uključujući kontrolu klime, telekomunikacije, transport i rasvjetu. Takve solarne ćelije stvorene su u laboratoriju u SAD-u, Kanadi, Japanu i drugim zemljama, a prva tvrtka koja je pronašla metodu jeftine masovne proizvodnje te tehnologije vjerojatno će zauzeti svjetsko tržište za nju neviđenih razmjera.