Thermodynamic efficiency limit
થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતા મર્યાદા એ સૂર્યપ્રકાશને વીજળીમાં સૈદ્ધાંતિક રીતે શક્ય મહત્તમ રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા છે. તેનું મૂલ્ય લગભગ 86 ટકા છે, જે ચંબદલ-નોવિકોવ કાર્યક્ષમતા છે, જે સૂર્યની સપાટી દ્વારા ઉત્સર્જિત ફોટોનના તાપમાનના આધારે કાર્નોટ મર્યાદા સાથે સંબંધિત અંદાજ છે. બેન્ડ ગેપ ઊર્જાની અસર સૌર કોષો ક્વોન્ટમ ઊર્જા રૂપાંતરણ ઉપકરણો તરીકે કામ કરે છે, અને તેથી તે થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતા મર્યાદાને આધીન છે. શોષક સામગ્રીના બેન્ડ ગેપની નીચેની ઊર્જા ધરાવતા ફોટોન ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડી પેદા કરી શકતા નથી, અને તેથી તેમની ઊર્જા ઉપયોગી આઉટપુટમાં રૂપાંતરિત થતી નથી અને જો શોષાય તો જ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે. બેન્ડ ગેપ ઊર્જાથી ઉપરની ઊર્જા ધરાવતા ફોટોન માટે, બેન્ડ ગેપની ઉપરની ઊર્જાનો માત્ર એક અપૂર્ણાંક ઉપયોગી આઉટપુટમાં રૂપાંતરિત થઈ શકે છે. જ્યારે વધુ ઊર્જાનો ફોટોન શોષાય છે, ત્યારે બેન્ડ ગેપની ઉપરની વધારાની ઊર્જા વાહક પુનઃસંયોજનની ગતિ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે. વધારાની ગતિ ઊર્જા ફોનોન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે કારણ કે વાહકની ગતિ ઊર્જા સંતુલન વેગમાં ધીમી પડે છે. તેથી, સૌર ઊર્જાને ચોક્કસ મર્યાદાથી વધુ વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરી શકાતી નથી. બહુવિધ બેન્ડ ગેપ શોષક સામગ્રીવાળા સૌર કોષો સૌર વર્ણપટને નાના ડબ્બામાં વિભાજીત કરીને કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે જ્યાં દરેક ડબ્બામાં થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતાની મર્યાદા વધારે હોય છે. આવા કોષોની થર્મોડાયનેમિક મર્યાદાઓ (જેને મલ્ટી-જંકશન કોષો અથવા ટેન્ડમ કોષો પણ કહેવાય છે) નું નેનોએચયુબીમાં ઓનલાઇન સિમ્યુલેટરનો ઉપયોગ કરીને વિશ્લેષણ કરી શકાય છે. વિવિધ સૌર સેલ તકનીકો માટે કાર્યક્ષમતાની મર્યાદાઓ વિવિધ સૌર સેલ તકનીકો માટે થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતાની મર્યાદાઓ નીચે મુજબ છેઃ સિંગલ જંકશન ≈ 33% 3-સેલ સ્ટેક્સ અને અશુદ્ધ PVs ≈ 50% ગરમ વાહક-અથવા અસર આયનીકરણ-આધારિત ઉપકરણો ≈ 54-68% વાણિજ્યિક મોડ્યુલો AM1.5 સ્પેક્ટ્રમમાં કામગીરી માટે અપકોન્વર્ટર સાથે અને 2eV બેન્ડગેપ ≈ 50.7% ઉત્તેજક સૌર કોષો માટે થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતાની મર્યાદા સાથે બંધાયેલ અને મધ્યવર્તી ઉત્તેજના સ્થિતિઓ દ્વારા મુક્ત ચાર્જ પેદા કરે છે જે અકાર્બનિક અને સ્ફટિકીય સૌર કોષોથી વિપરીત છે. શોકલી અને ક્વિઝર દ્વારા સમજાવ્યા મુજબ ઉત્તેજક સૌર કોષો અને અકાર્બનિક સૌર કોષો (ઓછી ઉત્તેજના-બંધનકર્તા ઊર્જા સાથે) ની કાર્યક્ષમતા 31 ટકાથી વધુ ન હોઈ શકે. વાહક ગુણાકાર સાથે થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતાની મર્યાદા વાહક ગુણાકાર શોષાયેલા દરેક ફોટોન માટે બહુવિધ ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડી બનાવવાની સુવિધા આપે છે. થર્મોડાયનેમિક અસરોને ધ્યાનમાં રાખીને ફોટોવોલ્ટેઇક કોષો માટેની કાર્યક્ષમતા મર્યાદા સૈદ્ધાંતિક રીતે વધારે હોઈ શકે છે. સૂર્યના બિન-કેન્દ્રિત બ્લેક-બોડી કિરણોત્સર્ગ દ્વારા સંચાલિત સૌર કોષ માટે, સૈદ્ધાંતિક મહત્તમ કાર્યક્ષમતા 43 ટકા છે જ્યારે સૂર્યના સંપૂર્ણ કેન્દ્રિત કિરણોત્સર્ગ દ્વારા સંચાલિત સૌર કોષ માટે, કાર્યક્ષમતા મર્યાદા 85 ટકા સુધી છે. કાર્યક્ષમતાના આ ઉચ્ચ મૂલ્યો ત્યારે જ શક્ય છે જ્યારે સૌર કોષો કિરણોત્સર્ગી પુનઃસંયોજન અને વાહક ગુણાકારનો ઉપયોગ કરે. સૌર કોષ ઊર્જા રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતાની ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા પણ જુઓ ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર સૌર કોષ કાર્યક્ષમતા સંદર્ભો ફોટોવોલ્ટેઇક સૌર કોષો થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓ