Sel surya kuantum dot adalah sel surya yang dibangun di atas jaringan kristal yang diproduksi pada skala nanometer yang memiliki potensi untuk mengungguli teknologi sel surya konvensional karena keterbatasan mendasar bagaimana sel surya menangkap sinar matahari. Sel surya standar dibangun di atas lapisan bahan yang paling efisien dalam menangkap satu pita atau panjang gelombang cahaya tertentu. Namun, titik-titik kuantum dalam sel surya titik kuantum dapat dibuat untuk menangkap banyak pita cahaya dengan memvariasikan ukuran dan susunan kimiawinya dalam proses pembuatannya. Hal ini membuat berbagai jenis titik kuantum pada satu lapisan substrat berpotensi dapat menangkap berbagai panjang gelombang cahaya, membuatnya jauh lebih efisien dan ekonomis untuk diproduksi daripada sel surya standar.
Batas teknis konversi sinar matahari menjadi energi listrik dengan bahan sel surya yang terdiri dari satu jenis struktur kimia secara teoritis maksimal 31%. Sel surya komersial pada tahun 2011 hanya memiliki tingkat efisiensi praktis sebesar 15% hingga 17% pada tingkat maksimumnya. Penelitian telah berlangsung selama beberapa dekade untuk menemukan perbaikan teknologi sel surya dari beberapa sudut pandang, seperti mengurangi biaya bahan fotovoltaik berdasarkan silikon yang sangat murni dengan mengganti polimer fleksibel dan substrat logam. Penelitian sel surya juga berfokus pada menangkap rentang celah pita cahaya yang lebih luas, baik dengan menumpuk berbagai lapisan bahan sel surya atau merekayasa kristal unik, yang dikenal sebagai titik kuantum, pada satu lapisan sel surya. Semua pendekatan memiliki kekurangannya, dan sel surya quantum dot juga berusaha memanfaatkan kelebihannya jika memungkinkan.
Teknologi yang muncul dari sel surya quantum dot dibangun di atas fisika dan kimia dari quantum dot itu sendiri, tetapi juga mencakup prinsip sel surya berlapis-lapis, dan kemampuan untuk menggabungkan komponen-komponen ini menjadi lebih mudah diproduksi, berpotensi- substrat yang fleksibel. Idealnya, teknologi ini menargetkan untuk memproduksi apa yang dikenal sebagai sel surya spektrum penuh, yang mampu menangkap hingga 85% cahaya tampak yang bersinar dan mengubahnya menjadi listrik, serta menangkap beberapa cahaya dalam pita inframerah dan ultraviolet. Output energi untuk sel surya tersebut telah mencapai efisiensi 42% di laboratorium pada 2011, dan upaya saat ini melibatkan menemukan struktur kimia yang praktis dan hemat biaya untuk teknologi tersebut sehingga dapat diproduksi secara massal.
Pendekatan sel surya generasi berikutnya telah difokuskan pada tiga celah pita atau model multi-persimpangan, di mana lapisan yang berbeda dari paduan semikonduktor dari galium-arsenida-nitrat saling berhubungan. Komposisi kimia multi-sambungan lainnya telah menggunakan paduan seng-mangan-telurium dan sel surya kuantum dot juga dibuat dari kadmium-sulfida pada substrat titanium dioksida yang dilapisi dengan molekul organik untuk menghubungkan substrat logam dan titik-titik kuantum. Variasi lain pada ketiga lapisan celah pita antara lain penelitian menggunakan indium-gallium-fosfida, indium-gallium-arsenida, dan germanium. Banyak kombinasi kimia yang tampaknya berhasil, dan ukuran molekul yang digunakan dalam proses tersebut, seperti lapisan interkoneksi organik, tampaknya memiliki lebih banyak dampak langsung pada efisiensi sel surya quantum dot untuk menangkap spektrum cahaya yang luas daripada kimia sebenarnya dari bahan itu sendiri. Lapisan dalam sel surya multi-persimpangan, bagaimanapun, termasuk titik-titik kuantum itu sendiri, seringkali harus setebal kurang dari dua nanometer, yang membutuhkan tingkat presisi yang sangat halus untuk menghasilkan bahwa hanya fasilitas fabrikasi microchip yang membuat prosesor dan memori komputer yang mampu dalam skala massal.
Tujuan penelitian sel surya kuantum dot adalah untuk membuat sel surya lebih efisien dan lebih murah untuk diproduksi. Idealnya, mereka akan dibangun di atas bahan polimer fleksibel sehingga dapat dicat pada bangunan atau digunakan sebagai pelapis untuk elektronik portabel. Mereka kemudian juga akan mampu ditenun menjadi kain sintetis untuk pakaian dan pelapis di mobil. Hal ini akan memberikan teknologi sel surya aplikasi luas dalam pembangkit listrik yang dapat melengkapi atau menggantikan kebutuhan penggunaan bahan bakar fosil untuk banyak kebutuhan konsumen umum termasuk dalam kontrol iklim, telekomunikasi, transportasi, dan pencahayaan. Sel surya semacam itu telah dibuat di laboratorium di AS, Kanada, Jepang, dan negara-negara lain, dan perusahaan pertama yang menemukan metode produksi massal teknologi yang murah kemungkinan akan merebut pasar dunia untuk skala yang belum pernah terjadi sebelumnya.