Sončne celice s kvantno piko so sončne celice, zgrajene na mreži kristalov, izdelanih v nanometrskem merilu, ki imajo potencial, da prekašajo konvencionalne tehnologije sončnih celic zaradi temeljne omejitve, kako sončne celice zajemajo sončno svetlobo. Standardna sončna celica je zgrajena na sloju materiala, ki je najučinkovitejši pri zajemanju enega določenega pasu ali valovne dolžine svetlobe. Kvantne pike v sončnih celicah s kvantnimi pikami pa je mogoče ustvariti za zajemanje več pasov svetlobe s spreminjanjem njihove velikosti in kemične sestave v proizvodnem procesu. Zaradi tega je niz različnih vrst kvantnih pik na eni plasti substrata potencialno sposoben zajeti širok razpon svetlobnih valovnih dolžin, zaradi česar so veliko bolj učinkovite in ekonomične za proizvodnjo kot standardne sončne celice.
Tehnična meja za pretvorbo sončne svetlobe v električno energijo z materialom sončne celice, sestavljenim iz ene vrste kemične strukture, je teoretično največ 31 %. Vendar imajo komercialne sončne celice od leta 2011 le praktično stopnjo učinkovitosti od 15 % do 17 % na najvišji ravni. Raziskave potekajo že desetletja, da bi našli izboljšave tehnologije sončnih celic z več vidikov, kot je zmanjšanje stroškov fotovoltaičnega materiala na osnovi visoko čistega silicija z zamenjavo fleksibilnih polimernih in kovinskih substratov. Raziskave sončnih celic so se osredotočile tudi na zajemanje širšega razpona svetlobne pasovne vrzeli, tako z zlaganjem različnih plasti materialov sončnih celic ali z oblikovanjem edinstvenih kristalov, znanih kot kvantne pike, na en sloj sončne celice. Vsi pristopi imajo svoje pomanjkljivosti in sončne celice s kvantnimi pikami tudi poskušajo izkoristiti njihove prednosti, kjer je to mogoče.
Nastajajoča tehnologija sončnih celic s kvantnimi pikami je zgrajena na fiziki in kemiji samih kvantnih pik, vključuje pa tudi načelo večplastne sončne celice in zmožnost vključitve teh komponent v enostavneje izdelano, potencialno- fleksibilna podlaga. V idealnem primeru je tehnologija usmerjena v proizvodnjo tako imenovane sončne celice polnega spektra, ki je sposobna zajeti do 85 % sevalne, vidne svetlobe in jo pretvoriti v električno energijo ter zajeti nekaj svetlobe v infrardečem in ultravijoličnem pasu. Izhodi energije za takšne sončne celice so od leta 42 dosegli 2011-odstotno učinkovitost v laboratoriju, trenutna prizadevanja pa vključujejo iskanje praktičnih, stroškovno učinkovitih kemičnih struktur za takšno tehnologijo, da bi jo lahko množično proizvajali.
Pristopi k naslednji generaciji sončnih celic so se osredotočili na model treh pasovnih vrzeli ali več stičišč, kjer so različne plasti polprevodniških zlitin galij-arzenid-nitrat medsebojno povezane. Druga kemična sestava z več stiki je uporabila zlitino cink-mangan-telurij, sončne celice kvantnih pik pa so izdelane tudi iz kadmijevega sulfida na substratu titanovega dioksida, ki je prevlečen z organskimi molekulami za medsebojno povezavo kovinskega substrata in kvantnih pik. Druge različice treh plasti pasovne vrzeli vključujejo raziskave z uporabo indijevega-galijevega-fosfida, indija-galija-arzenida in germanija. Zdi se, da veliko kemičnih kombinacij deluje, in zdi se, da velikost molekul, uporabljenih v procesu, kot je organska medsebojna plast, bolj neposredno vpliva na učinkovitost sončnih celic kvantnih pik pri zajemanju širokega spektra svetlobe kot dejanska kemija samih materialov. Vendar pa morajo biti plasti v sončni celici z več stičišči, vključno s samimi kvantnimi pikami, pogosto manjše od dveh nanometrov, kar zahteva izjemno natančno stopnjo natančnosti, da se proizvedejo le naprave za proizvodnjo mikročipov, ki izdelujejo računalniške procesorje in pomnilnik. sposoben v množičnem obsegu.
Cilj raziskav kvantnih pik sončnih celic je narediti sončne celice učinkovitejše in cenejše za proizvodnjo. V idealnem primeru bodo zgrajeni na fleksibilnih polimernih materialih, tako da jih je mogoče barvati na zgradbah ali uporabiti kot premaz za prenosno elektroniko. Nato bi jih lahko tkali tudi v sintetične tkanine za oblačila in oblazinjenje v avtomobilih. To bi tehnologiji sončnih celic omogočilo široko uporabo v proizvodnji električne energije, ki bi lahko dopolnila ali nadomestila potrebo po uporabi fosilnih goriv za številne običajne potrebe potrošnikov, vključno s klimatsko napravo, telekomunikacijami, prevozom in razsvetljavo. Takšne sončne celice so bile ustvarjene v laboratoriju v ZDA, Kanadi, Japonskem in drugih državah, in prvo podjetje, ki bo našlo metodo poceni množične proizvodnje tehnologije, bo verjetno zajelo svetovni trg zanjo brez primere.