Quantum dot solceller är solceller byggda på ett nätverk av kristaller tillverkade i nanometerskala som har potential att överträffa konventionella solcellsteknologier på grund av en grundläggande begränsning av hur solceller fångar solljus. En vanlig solcell är byggd på ett lager av material som är mest effektivt för att fånga ett visst band eller våglängd av ljus. Kvantprickarna i kvantpricksolceller kan dock skapas för att fånga flera band av ljus genom att variera deras storlek och kemiska sammansättning i tillverkningsprocessen. Detta gör att en rad olika typer av kvantprickar på ett lager av substrat potentiellt kan fånga ett brett spektrum av ljusvåglängder, vilket gör dem mycket mer effektiva och ekonomiska att producera än vanliga solceller.
Den tekniska gränsen för att omvandla solljus till elektrisk energi med ett solcellsmaterial uppbyggt av en typ av kemisk struktur är teoretiskt sett maximalt 31 %. Kommersiella solceller har från och med 2011 endast en praktisk verkningsgrad på 15 % till 17 % på sin maximala nivå. Forskning har pågått i decennier för att hitta förbättringar av solcellsteknologi från flera synpunkter, som att minska kostnaden för fotovoltaiskt material baserat på högrent kisel genom att ersätta flexibla polymer- och metallsubstrat. Solcellsforskning har också fokuserat på att fånga ett bredare bandgapområde av ljus, både genom att stapla olika lager av solcellsmaterial eller genom att skapa unika kristaller, kända som kvantprickar, på ett solcellslager. Alla tillvägagångssätt har sina nackdelar, och kvantpricksolceller försöker också utnyttja sina fördelar där det är möjligt.
Den framväxande teknologin med kvantpricksolceller bygger på själva kvantprickarnas fysik och kemi, men inkluderar också principen om en flerskiktssolcell och förmågan att integrera dessa komponenter i en mer lätttillverkad, potentiellt- flexibelt underlag. Helst är tekniken inriktad på att producera vad som kallas en fullspektrumsolcell, som kan fånga upp till 85 % av det strålande, synliga ljuset och omvandla det till elektricitet, samt fånga en del ljus i de infraröda och ultravioletta banden. Energiproduktionen för sådana solceller har nått 42% effektivitet i laboratoriet från och med 2011, och nuvarande ansträngningar innebär att hitta praktiska, kostnadseffektiva kemiska strukturer för sådan teknik så att den kan massproduceras.
Tillvägagångssätt för nästa generations solceller har fokuserat på trebandsgap- eller multi-junction-modellen, där olika lager av halvledande legeringar av gallium-arsenid-nitrat är sammankopplade. En annan kemisk sammansättning med flera korsningar har använt en zink-mangan-tellurlegering och kvantpricksolceller tillverkas också av kadmiumsulfid på ett titandioxidsubstrat som är belagt med organiska molekyler för att koppla samman metallsubstratet och kvantprickarna. Andra variationer på de tre bandgapskikten inkluderar forskning med indium-gallium-fosfid, indium-gallium-arsenid och germanium. Många kemiska kombinationer verkar fungera, och storleken på molekylerna som används i processen, såsom det organiska sammankopplingsskiktet, verkar ha mer direkt inverkan på kvantpricksolcellers effektivitet att fånga ett brett spektrum av ljus än själva kemin i själva materialen. Skikten i en solcell med flera korsningar, inklusive själva kvantprickarna, måste dock ofta vara mindre än två nanometer tjocka, vilket kräver en extremt fin precisionsnivå för att producera att endast mikrochipfab-anläggningar som gör datorprocessorer och minne är kan i massskala.
Målet med quantum dot solcellsforskning är att göra solceller både effektivare och billigare att tillverka. Helst kommer de att byggas på flexibla polymermaterial så att de kan målas på byggnader eller användas som beläggning för bärbar elektronik. De skulle då också kunna vävas till syntetiska tyger för kläder och klädsel i bilar. Detta skulle ge solcellsteknik utbredda tillämpningar inom elproduktion som skulle kunna komplettera eller ersätta behovet av fossilbränsleanvändning för många vanliga konsumentbehov inklusive klimatkontroll, telekommunikation, transporter och belysning. Sådana solceller har skapats i laboratoriet i USA, Kanada, Japan och andra nationer, och det första företaget att hitta en metod för billig massproduktion av tekniken kommer sannolikt att fånga en världsmarknad för den av aldrig tidigare skådad omfattning.