محققان با استفاده از نقاط کوانتومی دارای ساختار هسته‌ای پوسته‌ای، موفق به افزایش چهار برابر کارایی پیل خورشیدی شدند. این افزایش کارایی با ایجاد فرآیند تکثیر بار در نانوساختار هسته‌ای پوسته‌ای به‌دست می‌آید.
افزایش کارایی پیل خورشیدی با نقاط کوانتومی هسته‌ای ـ پوسته‌ای
پژوهشگران آزمایشگاه لوس آلموس با استفاده از نقاط کوانتومی موفق به افزایش چهار برابر کارایی پیل‌های خورشیدی شدند. ویکتور کلیموف از محققان این پروژه می‌گوید:«پیل‌های خورشیدی معمولی تنها بخشی از طول موج نور خورشید را جذب می‌کنند این در حالی است که به دلیل خنک شدن سریع حاملین بار، بخش زیادی از انرژی طیف فرابنفش و آبی با تبدیل شدن به گرما، هدر می‌رود.»
روشی که این گروه تحقیقاتی استفاده کرده‌اند، تکثیر بار است. در این روشیک فوتون منفرد می‌تواند الکترون‌های متعددی را برانگیخته کند. نقاط کوانتومی می‌توانند با جذب پرتوهای آبی و فرابنفش این فرآیند را ایجاد کرده و در نهایت الکتریسیته بیشتری تولید کنند. در واقع یک فوتون می‌تواند با برخورد به نقاط کوانتومی دو جفت الکترون و حفره ایجاد کند که این کار، کارایی پیل خورشیدی را افزایش می‌دهد.
تکثیر بار در مواد جامد توده‌ای که در پیل‌های خورشیدی به کار می‌رود، ایجاد نمی‌شود. این گروه تحقیقاتی درسال ۲۰۰۴ نشان دادند که اگر از نانوذرات نیمه‌هادی- نقاط کوانتومی- استفاده شود می‌توان پدیده‌ی تکثیر بار را مشاهده کرد. هر چند تکثیر بار در نقاط کوانتومی معمولی به قدری نبود که بتواند کارایی پیل خورشیدی را افزایش دهد.
محققان برای حل این مشکل، از نانوساختار هسته‌ای ـ پوسته‌ای از جنس سلنید کادمیم و سلنید سرب استفاده کردند. نتایج نشان داد که تکثیر بار در پیل خورشیدی حاوی این نانوساختار چهار برابر بیشتر از پیل خورشیدی است که از نقاط کوانتومی سلنید سرب منفرد استفاده می‌شود.
ویکتور کلیموف می‌گوید: «استراحت آهسته‌ی حفره داغ که در حالت انرژی بالا درون پوسته سلنید کادمیم به دام افتاده موجب بهبود قابل توجه درکارایی پیل خورشیدی می‌شود. عمر طولانی این حفره‌های داغ موجب فرآیند استراحت دیگری در هسته می‌شود به این شکل که برخورد حفره با الکترون‌های لایه ظرفیت هسته تکثیر بار با کارایی بالا اتفاق می‌افتد.»
یکی از نکات کلیدی در این پروژه، طراحی دقیق نانوساختار هسته‌ای ـ پوسته‌ای است؛ در واقع ضخامت پوسته باید در حد مشخصی باشد تا تکثیر بار اتفاق افتد. این گروه تحقیقاتی قصد دارند با تغییرشکل نانوساختار ( برای مثال استفاده از نانومیله) کارایی پیل خورشیدی را بیشتر و بهتر کنند.
