Kuantum verimi, ışığa duyarlı bir cihazın elektriksel olarak ışığa duyarlı olduğu ölçümdür. Foto reaktif yüzeyler, foton enerjisinin bir elektronun enerji seviyesini artırdığı ve elektronun elektronların ayrı ayrı atomlara bağlandığı değerlik bandından çıkmasına ve iletken bandına girmesine izin veren elektron deliği çiftleri oluşturmak için gelen fotonlardan gelen enerjiyi kullanır malzemenin bütün atom kafesi boyunca serbestçe hareket edebildiği yerde. Foto reaktif yüzeye çarpması üzerine elektron deliği çifti üreten fotonların yüzdesi arttıkça, kuantum verimi de artar. Kuantum verimliliği, bir çok modern teknolojinin, özellikle elektrik üretmek için kullanılan fotovoltaik güneş pillerinin yanı sıra fotoğraf filmi ve şarjla birleştirilmiş cihazların önemli bir özelliğidir.
Foton enerjisi, fotonun dalga boyuna göre değişir ve bir cihazın kuantum verimliliği, farklı ışık dalga boylarına göre değişebilir. Farklı malzeme yapılandırmaları, farklı dalga boylarını nasıl emdikleri ve yansıttıklarına göre değişir ve bu, farklı ışığa duyarlı cihazlarda hangi maddelerin kullanılmasında önemli bir faktördür. Güneş pilleri için en yaygın malzeme kristalimsi silikondur, ancak kadmiyum tellürid ve bakır indiyum galyum selenit gibi diğer foto reaktif maddelere dayanan hücreler de mevcuttur. Fotoğraf filmi, tek başına veya kombinasyon halinde gümüş bromür, gümüş klorür veya gümüş iyodür kullanır.
En yüksek kuantum verimi, dijital fotoğrafçılık ve yüksek çözünürlüklü görüntüleme için kullanılan şarj bağlantılı cihazlar tarafından üretilir. Bu cihazlar, bor ile katkılı, daha sonra bir dizi kondansatörden bir yük yükselticisine kaydırılan elektrik yükleri oluşturan epitaksiyel silikon tabakasıyla fotonlar toplar. Şarj amplifikatörü, şarjları analog sinyal olarak işlenebilen veya dijital olarak kaydedilebilen bir dizi gerilime dönüştürür. Yüksek hassasiyet ve hassasiyet gerektiren astronomi ve biyoloji gibi bilimsel uygulamalarda sıklıkla kullanılan şarj bağlantılı cihazlar, yüzde 90 veya daha fazla kuantum verimine sahip olabilir.
Güneş pillerinde, kuantum verimi bazen iki ölçüme ayrılır, dış kuantum verimi ve iç kuantum verimi. Dış verimlilik, hücre tarafından başarıyla toplanan bir elektron-delik çifti üreten güneş hücresine çarpan tüm fotonların yüzdesidir. Kuantum verimi, yalnızca hücreye çarpmayan veya hücreden iletilmeyen hücreye çarpan fotonları sayar. Zayıf iç verimlilik, iletkenlik seviyesine kadar yükseltilmiş çok sayıda elektronun enerjisini kaybettiğini ve tekrar değerleme adı verilen rekombinasyon adı verilen bir prosese tekrar bir atoma bağlandığını gösterir. Düşük dış verimlilik, zayıf iç verimliliğin bir yansıması olabilir veya hücreye ulaşan büyük miktarda ışığın kullanılamayacağı anlamına gelebilir, çünkü hücre tarafından yansır veya geçmesine izin verilir.
Elektronlar iletim bandına girmeye başladığında, güneş pili tasarımı, doğru akım elektrik akışı oluşturmak için hareket yönünü kontrol eder. Daha yüksek kuantum verimliliği, daha fazla elektronun iletim bandına girebileceği ve başarılı bir şekilde toplanabileceği anlamına geldiğinden, daha yüksek verimlilik, daha fazla güç üretmeyi mümkün kılar. Çoğu güneş hücresi, kızılötesi veya ultraviyole ışığından faydalanmak için özel güneş hücreleri de geliştirilmiş olmasına rağmen, Dünya atmosferinde en yaygın ışığın dalga boylarında kuantum verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için tasarlanmıştır.
