سلول های خورشیدی نانوساختار
در سال ۱۸۳۳ اولین سلول خورشیدي توسط چارلز فریتس ساخته شد. او براي ساختن اتصالها سلنیوم نیمه هادي را با لایه بسیار نازکی از طلا پوشش داد. کارایی این سلول فقط ۱ % بود. سلول خورشیدي جدید حساس به نور در سال ۱۹۴۶ به نام راسل اوهل ثبت شد، در حالی که آسون برگلاند قبلاً روش افزایش ظرفیت سلولهاي حساس به نور را به نام خود ثبت کرده بود. عصر جدید فناوري برق خورشیدي در سال ۱۹۵۴ زمانی فرا رسید که حین آزمایش با نیمه هادیها تصادفاَ مشخص شد که سیلیکون با ناخالصیهاي معین، بسیار حساس به نور است. این کشف منجر به تولید عملی اولین سلولهاي خورشیدي با ضریب کارآیی انرژي نوري حدود ۶ % گردید . تحقیقات بعدي نشان داد که اثر فتوولتائیک تبدیل انرژي نوري به الکتریسیته در سطح اتمی است. اثر فتوولتائیک زمانی روي می دهد که پرتوي از نور ماوراء بنفش متشکل از فوتونها به قسمتی از یک جفت صفحه فلزي شارژ شده منفی برخورد نماید که در نتیجه باعث آزادي الکترونها از صفحه شارژ شده منفی می شود. این جریان الکترونها یک جریان الکتریکی است که میتواند به شکل جریان جمع آوري (DC) مستقیم و سپس به جریان متناوب تبدیل شود و به عنوان نیروي برق به مصرف برسد.
در همین دهه مواد جدید توسعه یافته و اثر فتوولتائیک با معرفی آرایه هاي خورشیدي تجاري در عرصه صنعتی پا به حیات نهاد و توجه دولتها به تحقیقات در زمینه توسعه سلولهاي خورشیدي معطوف گردید. اتحاد جماهیر شوروي و آمریکا در سالهاي ۱۹۵۷ و ۱۹۵۸ اولین ماهوارههای خود را با استفاده از آرایه هاي خورشیدي به فضا فرستادند و امروزه این آرایه ها برق مورد نیاز هر چیز از خانه هاي شخصی گرفته تا ماهوارههای بزرگ را تأمین می کنند.به طوري که ظرفیت نصب شده پنلهای برق خورشیدی جهان از ۴/۱ گیگاوات ساعت در سال ۲۰۰۰ به ۲/۱۰۲ گیگاوات ساعت در سال ۲۰۱۲ افزایش یافته است که اروپا با ۷۰ گیگاوات ساعت در مقام اول جهان و پس از آن به ترتیب چین با ۳/۸، آمریکا با ۸/۷ و ژاپن با ۹/۶ گیگاوات ساعت قرار داشتهاند.
در حال حاضر فناوری نانو با ایجاد تغییرات در ترکیب اتمها، نحوه آرایش آنها و کل اندازه مولکولهاي ایجاد شده می تواند انواع بیشماري از مواد را تولید کند. آرایش مجدد فقط چند اتم در مواد با اندازه نانو می تواند ویژگیهاي آنها را به نحو چشمگیري تغییر دهد و لذا هر تک اتم نیاز به دستکاري دقیق دارد. این امر مستلزم دقتی است که از فرایندهاي موجود صنعتی فراتر می رود. با توجه به فرآیندهاي انجام شده در صنایع نیمه هادیها که فقط وجود چند ذره گرد و غبار در یک متر مکعب هواي آن میتواند بازدارنده و مشکل آفرین باشد، بدون شک تولید و کنترل در سطح اتمی مستلزم فرآیندهایی متفاوت با فناوریهاي موجود است.
ذرات نانو (با قطری بین ۱۰۰-۱/۰ نانومتر) در مقایسه با ذرات بزرگتر نسبت سطح به حجم بسیار بزرگتري دارند. با کاهش اندازه ذرات به یک دهم نانومتر یا کمتر، اثرات کوانتومی پدیدار می شوند و این اثرات میتوانند به مقدار زیادي ویژگیهاي نوري، مغناطیسی و الکتریکی مواد را تغییر دهند. از طریق پیگیري ساختار مواد در مقیاس نانو، امکان طراحی و ساخت مواد جدید با ویژگیهاي کاملا نو به وجود میآید .تنها با کاهش اندازه و ثابت نگهداشتن نوع ماده، ویژگیهاي اساسی از قبیل هدایت الکتریکی، رنگ، استحکام و نقطه ذوب ماده (که معمولا براي هر ماده مقدار ثابتی از آنها را در نظر میگیریم) میتواند تغییر کند. با استفاده از ذرات نانو، پنلهاي خورشیدي غیر سیلیکونی می توانند از ساختارهاي چندگانه کوانتمی مانند ریز لوله هاي کربنی یا نقاط کوانتمی جاسازي شده در پلیمرهاي رسانا یا اکسید هاي فلزي متخلخل ساخته شوند. با تغییر اندازه نقاط کوانتمی میتوان سلولها را براي جذب طول موجهاي مختلف تنظیم نمود. با استفاده از شبکه هاي نانو لولههاي کربنی به عنوان یک رساناي شفاف براي سلولهاي خورشیدي ارگانیک نیز زمینۀ جدیدي پدید آمده است. این شبکه ها قابل انعطاف بوده و می توانند با روشهاي گوناگون روي سطوح قرار داده شوند. با انجام بعضی عملیات، فیلمهاي نانو لوله می توانند در برابر نور مادون قرمز بسیار شفاف باشند و باعث کارایی سلولهاي خورشیدي با فاصله باند کوتاه شوند. شبکه هاي نانو لوله، هادیهاي از نوع p هستند. در حالی که هادیهاي شفاف سنتی منحصراَ از نوعn هستند. قابلیت دسترسی به یک هادي شفاف نوع p میتواند منجر به طراحی سلولهاي جدیدي با کارآیی بیشتر و تولید آسانتر و انبوه تر شود. نسل سوم سلولهای خورشیدی ساخته شده با فناوری نانو هستند که شامل انواع مختلفی همچون سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ، سلولهای خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی، سلولهای پلیمری، پروسکایت وغیره میباشند. این نسل در مرحله پیش از تجاری سازی به سر میبرند.