ประสิทธิภาพควอนตัมเป็นการวัดว่าอุปกรณ์ไวแสงทางไฟฟ้าเป็นอย่างไร พื้นผิว photoreactive ใช้พลังงานจากโฟตอนที่เข้ามาเพื่อสร้างคู่อิเล็กตรอนในหลุมซึ่งพลังงานของโฟตอนเพิ่มระดับพลังงานของอิเล็กตรอนและช่วยให้อิเล็กตรอนออกจากวงเวเลนซ์ที่อิเล็กตรอนถูกผูกไว้กับอะตอมของแต่ละบุคคลและเข้าสู่วงการนำ ซึ่งสามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างอิสระผ่านโครงตาข่ายอะตอมทั้งหมดของวัสดุ เปอร์เซ็นต์ของโฟตอนที่ผลิตคู่อิเล็กตรอนในหลุมที่สูงขึ้นเมื่อกระทบกับพื้นผิวของโฟโตรีแอกทีฟก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพของควอนตัมที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพควอนตัมเป็นคุณลักษณะที่สำคัญของเทคโนโลยีที่ทันสมัยจำนวนมากเซลล์แสงอาทิตย์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่โดดเด่นที่สุดที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าเช่นเดียวกับฟิล์มถ่ายภาพและอุปกรณ์ชาร์จคู่
พลังงานโฟตอนขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของโฟตอนและประสิทธิภาพควอนตัมของอุปกรณ์สามารถแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกัน การกำหนดค่าวัสดุที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกันไปในวิธีที่พวกมันดูดซับและสะท้อนความยาวคลื่นที่แตกต่างกันและนี่เป็นปัจจัยสำคัญในการใช้สารในอุปกรณ์แสงที่แตกต่างกัน วัสดุที่พบมากที่สุดสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์คือผลึกซิลิคอน แต่เซลล์ที่อยู่บนพื้นฐานของสาร photoreactive อื่น ๆ เช่นแคดเมียมเทลลูไรด์และทองแดงอินเดียมแกลเลียม selenide ยังมีอยู่ ฟิล์มถ่ายภาพใช้ซิลเวอร์โบรไมด์ซิลเวอร์คลอไรด์หรือซิลเวอร์ไอโอไดด์ไม่ว่าจะเดี่ยวหรือรวมกัน
ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพสูงสุดผลิตโดยอุปกรณ์ที่ชาร์จคู่ซึ่งใช้สำหรับการถ่ายภาพดิจิตอลและการถ่ายภาพความละเอียดสูง อุปกรณ์เหล่านี้รวบรวมโฟตอนที่มีชั้นของ epitaxial ซิลิคอนที่เจือด้วยโบรอนซึ่งจะสร้างประจุไฟฟ้าที่ถูกเปลี่ยนผ่านชุดของตัวเก็บประจุไปยังเครื่องขยายเสียงชาร์จ แอมป์ชาร์จจะแปลงประจุเป็นชุดแรงดันไฟฟ้าที่สามารถประมวลผลเป็นสัญญาณอะนาล็อกหรือบันทึกแบบดิจิทัล อุปกรณ์ชาร์จคู่ซึ่งใช้บ่อยในงานทางวิทยาศาสตร์เช่นดาราศาสตร์และชีววิทยาที่ต้องการความแม่นยำและความไวสูงสามารถมีประสิทธิภาพควอนตัมได้ 90 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่า
ในเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพควอนตัมบางครั้งแบ่งออกเป็นสองวัดประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกและประสิทธิภาพควอนตัมภายใน ประสิทธิภาพภายนอกคือการวัดเปอร์เซ็นต์ของโฟตอนทั้งหมดที่กระทบกับเซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตคู่อิเล็กตรอนรูที่เซลล์เก็บรวบรวมได้สำเร็จ ประสิทธิภาพควอนตัมนับเฉพาะโฟตอนที่กระทบเซลล์ซึ่งไม่สะท้อนออกหรือส่งออกจากเซลล์ ประสิทธิภาพภายในแย่แสดงว่าอิเล็กตรอนจำนวนมากที่ยกขึ้นมาถึงระดับการนำไฟฟ้ากำลังสูญเสียพลังงานและถูกยึดติดกับอะตอมในระดับเวเลนซ์ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการรวมตัวกันอีกครั้ง ประสิทธิภาพภายนอกที่แย่อาจเป็นภาพสะท้อนของประสิทธิภาพภายในที่ไม่ดีหรืออาจหมายความว่าแสงจำนวนมากที่มาถึงเซลล์ไม่สามารถใช้งานได้เพราะมันถูกสะท้อนออกจากเซลล์หรือได้รับอนุญาตให้ผ่านมัน
เมื่ออิเล็กตรอนเริ่มเคลื่อนที่เข้าสู่แถบการนำไฟฟ้าการออกแบบของเซลล์แสงอาทิตย์จะควบคุมทิศทางของการเคลื่อนที่เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้ากระแสตรง เมื่อประสิทธิภาพควอนตัมที่สูงขึ้นหมายความว่าอิเล็กตรอนจำนวนมากขึ้นสามารถเข้าสู่แถบการนำและรวบรวมได้สำเร็จประสิทธิภาพที่สูงขึ้นทำให้สามารถสร้างพลังงานได้มากขึ้น เซลล์สุริยะส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพควอนตัมในช่วงความยาวคลื่นของแสงที่พบมากที่สุดในชั้นบรรยากาศของโลกกล่าวคือสเปกตรัมที่มองเห็นได้แม้ว่าเซลล์สุริยะเฉพาะทางจะใช้ประโยชน์จากแสงอินฟราเรดหรือแสงอุลตร้าไวโอเล็ต
