برای بهره‌گیری از انرژی خورشید باید راهی جست تا انرژی پراکنده آن با بازده بالا و هزینه کم به انرژی قابل مصرف الکتریکی تبدیل شود. با توجه به محدودیت منابع سوخت فسیلی و زیانبار بودن استفاده غیراصولی اینگونه سوخت‌ها برای سلامت محیط‌زیست، پژوهش‌ها و کاربردهای انرژی‌های تجدیدپذیر (برق خورشیدی)در مجامع صنعتی و علمی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار شده است. در این میان برق خورشیدی با توجه به اینکه کاملا پاک و عاری از هرگونه آلودگی بوده و به عنوان منبع انرژی ارزان شناخته شده، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. ایران در بین مدارهای ۲۵ تا ۴۰ درجه عرض شمالی قرار گرفته و در منطقه‌ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین رده‌ها قرار دارد. میزان تابش انرژی خورشیدی در ایران بین ۱۸۰۰ تا ۲۲۰۰ کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین‌زده شده که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به‌طور متوسط سالانه بیش از ۲۸۰ روز آفتابی گزارش شده که بسیار قابل توجه است. هزینه احداث ۱۶۰۰ مگاوات نیروگاه سیکل ترکیبی و شبکه مورد نیاز آن افزون‌بر ۶۴۵۰میلیارد تومان است که سالانه ۸۵۰میلیارد تومان آن متعلق به هزینه سوخت بدون احتساب هزینه راهبری است در صورتی که هزینه احداث نیروگاه خورشیدی با همان توان ۶۰۰۰میلیارد تومان است. مقایسه دو عدد ۶۰۰۰ و ۶۴۵۰میلیارد تومان حاکی از آن است که از نظر اقتصاد ملی، مولد خورشیدی در همان سال نخست ارزان‌تر از نیروگاه حرارتی متمرکز است.

موانع فراگیر شدن برق خورشیدی
به‌طور قطع می‌توان گفت مهم‌ترین مشکل موجود در صنعت برق خورشیدی میزان هزینه بالای ساخت و نصب آنها به ازای میزان توان تولیدی است. فناوری ساخت سلول‌های خورشیدی در دسته فناوری‌های بالا قرار دارد که نیازمند هزینه فراوانی است. به علاوه، با توجه به بازده نه‌چندان بالای سلول‌های رایج در بازار، قیمت تمام‌شده نصب این سلول‌ها به نسبت توان تولیدی آنها افزایش می‌یابد. با این وجود، با توجه به پیشرفت فناوری در طول سال‌های مختلف، هزینه تمام‌شده توان تولید شده توسط برق خورشیدی به‌طور چشمگیری کاهش یافته است.

بازده پایین سلول‌های خورشیدی در سیستم برق خورشیدی
یکی از مشکلات گونه‌های مختلف سلول‌های خورشیدی بازده تبدیل انرژی به نسبت پایین آنهاست به‌طوری که این مقدار در سلول‌های سیلیکونی (که رایج‌ترین نوع سلول‌های خورشیدی هستند) در محدوده ۳۰-۲۰ درصد قرار می‌گیرد. این مقدار در بهترین شرایط ممکن یعنی تابش کامل ۱۰۰۰ W/m۲ و بدون در نظرگیری آلودگی‌های محیطی و شرایط آب و هوایی مخل تابش، اندازه‌گیری شده است و بنابراین در شرایط واقعی بازده کمتری را دارد. این در شرایطی است که عوامل دیگری مانند افزایش دمای سلول، شرایط محیطی نظیر هوای ابری و… می‌تواند اثر منفی در این میزان بازده داشته باشد. بنابراین رویه دنیا به سوی افزایش هرچه بیشتر بازده سلول‌های خورشیدی است.

بهبود کارآیی برق خورشیدی
بهبود کارآیی و افزایش ضریب نفوذ فناوری سلول‌های خورشیدی در جامعه در دو راهبرد خلاصه می‌شود: «کاهش قیمت تمام شده برق خورشیدیبه ازای توان تولیدی» و «افزایش بازده تبدیل انرژی در سلول‌های خورشیدی. » افزایش بازده و کاهش هزینه به نوعی با یکدیگر در ارتباط هستند به طوری که افزایش بازده به واسطه بهبود فناوری به احتمال زیاد باعث افزایش هزینه نیز خواهد شد و برعکس اما،‌ از سوی دیگر بازده بالاتر باعث کاهش سایر هزینه‌های برق خورشیدی از قبیل هزینه‌های مربوط به قطعات الکترونیک قدرت و… می‌شود. بنابراین، این امر نیازمند دستیابی به یک نقطه تعادل بهینه است.

راهکارهای کاهش هزینه در برق خورشیدی
یکی از روش‌های کاهش هزینه در برق خورشیدیکاهش هزینه در مواد مصرفی در ماژول خورشیدی است. ماژول مجموعه‌ای از چندین تک سلول خورشیدی است که به‌صورت سری در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند، ماده نیمه‌هادی یک ماده پیچیده و گران‌قیمت بوده و بخش بزرگی از هزینه‌های ماژول را در بر می‌گیرد. هزینه پلی‌سیلیکون برای ماژول‌های کریستال سیلیکون می‌تواند با این موارد کاهش یابد: ساخت ویفرهای نازک‌تر، کمینه کردن اتلاف‌های پلی‌سیلیکون در خلال فرآیند ویفرسازی، بهبود بازیافت ضایعات پلی‌سیلیکون و معرفی روش‌های کم‌هزینه‌تر در خالص‌سازی مواد اولیه پلی‌سیلیکون.

راهکارهای افزایش بازده در برق خورشیدی–برق خورشیدی
افزایش بازده ماژول، راهکاری دیگر برای کاهش هزینه بر وات سلول‌های خورشیدی است. تاکنون بهبودهای خوبی در بازده نسل‌های مختلف سلول‌های خورشیدی حاصل شده است اما راه زیادی برای بهبود بازده در سلول‌های خورشیدی مانده و این امر مستلزم پیشرفت در فعالیت‌های تحقیق و توسعه در مراکز پژوهشی است. برای انواع مختلف سلول خورشیدی بازده‌های تئوری، آزمایشگاهی و عملی به دست آمده و تمام تلاش بر این است تا شکاف میان این مقادیر بازده کاهش یابد. یکی از مباحث مهم در بهبود بازده سلول‌های خورشیدی بهبود مواد به کار رفته در این سلول‌هاست. به‌عنوان نمونه، تلاش‌های فراوانی در جهت استفاده از موادی فراوان، غیرسمی و با فرآیند فرآوری ساده برای سلول‌های لایه نازک شده است. از سوی دیگر، فراتر از بحث مواد مصرفی، طرح‌های مفهومی نوینی برای سلول‌های خورشیدی ارائه شده است که می‌تواند منجر به کاهش هزینه و حتی افزایش بازده شود. سلول‌های ارگانیک، نانوساختار و رنگدانه‌ای از این دسته هستند که در فازهای اولیه توسعه تجاری به سر می‌برند. این فناوری‌ها ارائه‌دهنده هزینه‌های پایین‌تر برای ماژول‌ها به واسطه استفاده از مواد ارزان‌تر و با فرآوری ساده‌تر هستند. اگرچه چالش‌هایی نیز در دستیابی به بازده‌های بالا و قابلیت اطمینان بلندمدت در این فناوری‌ها وجود داشته است.

راهکارهای فناوری نانو در بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی–برق خورشیدی
فناوری نانو با روش‌های گوناگونی بر عملکرد سلول‌های خورشیدی تاثیر مثبت گذاشته است. با استفاده از فناوری نانو می‌توان به روش‌های مختلف حاملین بار را در سلول‌های خورشیدی افزایش داد، نور بیشتری جذب کرد و یا به روشی خاص باعث بهبود کارآیی سلول شد. برخی از این موارد عبارتند از:
سلول‌های خورشیدی نانوبلوری
از جمله فناوری‌های سلول‌های خورشیدی نانوبلوری می‌توان به سلول‌های حساس شده به رنگزا و سلول‌های حساس شده به نقاط کوانتومی اشاره کرد. این فناوری‌ها علاوه بر اینکه روشی برای بهبود سلول‌های خورشیدی متداول نظیر سلول‌های سیلیکونی است با ارائه مفاهیمی نوین از جذب انرژی خورشیدی، ارائه‌دهنده نسل جدیدی از فناوری سلول‌های خورشیدی است. درواقع پس از نسل‌های اول و دوم سلول خورشیدی، این فناوری‌های مبتنی بر فناوری نانو تشکیل‌دهنده نسل سوم سلول‌های خورشیدی هستند. این دسته از سلول‌های خورشیدی به نسبت سلول‌های خورشیدی متعارف بازده بسیار بهتری دارند؛ به علاوه، آینده بسیار درخشانی نیز برای این نسل از سلول‌های خورشیدی قابل تصور است.

نانوسیال‌ها و سلول‌های خورشیدی—برق خورشیدی
در سلول‌های خورشیدی، بیشتر حرارت تابش شده یا جذب و یا به محیط بیرون بازتابیده می‌شود. تشعشعات جذب‌شده باعث افزایش دمای سلول می‌شود که این امر موجب کاهش بازده سلول شده و اثر منفی بر عملکرد آن دارد. در این زمینه، پژوهش‌های بسیاری بر نقش نانوسیال‌ها در خنک‌کنندگی تجهیزات حرارتی مختلف نظیر ابزار الکترونیکی و رادیاتور خودرو اشاره دارند. در نتیجه، استفاده از نانوسیال برای خنک‌کنندگی سلول‌های خورشیدی منطقی به نظر می‌رسد. نانوسیال‌ها به‌دلیل رسانایی حرارتی بسیار بالای خود، گزینه بسیار مناسبی در این زمینه هستند. در نتیجه، علاوه بر قابلیت تولید توان الکتریکی در سلول‌های خورشیدی، می‌توان از حرارت جذب شده نیز بهره برد که این امر، افزایش‌دهنده بازده کلی تبدیل توان سلول است.

فناوری نانو و سلول‌های خورشیدی در ایران
با وجود عمر نه‌چندان بالای فناوری نانو در کشور، خوشبختانه این حوزه از دانش پیشرفت‌های چشمگیری داشته است. جایگاه ایران در میان کشورهای جهان (رتبه هفتم تولید علم در نانوفناوری در جهان) موید این مطلب است. شرکت‌های فراوانی در این حوزه در کشور در حال فعالیت هستند (در مقیاس صنعتی یا آزمایشگاهی) که هر سال بر تعداد آنها افزوده می‌شود. این شرکت‌ها در حوزه‌های مختلفی از علوم و فناوری مشغول فعالیت هستند. با وجود پیشرفت‌ها و فعالیت‌های قابل توجه در حوزه‌هایی نظیر تجهیزات و بهداشت و سلامت، متاسفانه در حوزه انرژی (در اینجا سلول‌های خورشیدی) فعالیتی در مقیاس صنعتی مشاهده نشده است. اگرچه کارهای پژوهشی متعددی در قالب ثبت اختراع انجام شده که در صورت حمایت و سرمایه‌گذاری، قابلیت صنعتی شدن را خواهد داشت.