Thermodynamic efficiency limit
ऊष्मागतिकीय दक्षता सीमा सूर्य के प्रकाश का विद्युत में पूर्ण अधिकतम सैद्धांतिक रूप से संभव रूपांतरण दक्षता है। इसका मूल्य लगभग 86 प्रतिशत है, जो कि चंबदल-नोविकोव दक्षता है, जो सूर्य की सतह द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों के तापमान के आधार पर कार्नोट सीमा से संबंधित एक अनुमान है। बैंड गैप ऊर्जा का प्रभाव सौर कोशिकाएं क्वांटम ऊर्जा रूपांतरण उपकरणों के रूप में काम करती हैं, और इसलिए वे ऊष्मागतिकीय दक्षता सीमा के अधीन हैं। अवशोषक सामग्री के बैंड अंतराल से नीचे की ऊर्जा वाले फोटॉन एक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी उत्पन्न नहीं कर सकते हैं, और इसलिए उनकी ऊर्जा उपयोगी उत्पादन में परिवर्तित नहीं होती है और केवल अवशोषित होने पर गर्मी उत्पन्न करती है। बैंड अंतराल ऊर्जा से ऊपर की ऊर्जा वाले फोटॉनों के लिए, बैंड अंतराल से ऊपर की ऊर्जा का केवल एक अंश ही उपयोगी उत्पादन में परिवर्तित किया जा सकता है। जब अधिक ऊर्जा का एक फोटॉन अवशोषित होता है, तो बैंड अंतराल के ऊपर की अतिरिक्त ऊर्जा वाहक पुनर्संयोजन की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। अतिरिक्त गतिज ऊर्जा को फोनन अंतःक्रियाओं के माध्यम से ऊष्मा में परिवर्तित किया जाता है क्योंकि वाहक की गतिज ऊर्जा संतुलन वेग में धीमी हो जाती है। इसलिए, सौर ऊर्जा को एक निश्चित सीमा से अधिक बिजली में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। कई बैंड अंतराल अवशोषक सामग्री वाली सौर कोशिकाएं सौर स्पेक्ट्रम को छोटे डिब्बों में विभाजित करके दक्षता में सुधार करती हैं जहां प्रत्येक बिन के लिए ऊष्मागतिकीय दक्षता सीमा अधिक होती है। ऐसी कोशिकाओं की ऊष्मागतिकीय सीमाओं (जिन्हें मल्टी-जंक्शन कोशिकाएं या टेंडम कोशिकाएं भी कहा जाता है) का विश्लेषण नैनोएचयूबी में ऑनलाइन सिम्युलेटर का उपयोग करके किया जा सकता है। विभिन्न सौर सेल प्रौद्योगिकियों के लिए दक्षता सीमाएँ विभिन्न सौर सेल प्रौद्योगिकियों के लिए ऊष्मागतिकीय दक्षता सीमाएँ निम्नानुसार हैंः एकल जंक्शन ≈ 33% 3-सेल ढेर और अशुद्ध PVs ≈ 50% गर्म वाहक-या प्रभाव आयनीकरण-आधारित उपकरण ≈ 54-68% वाणिज्यिक मॉड्यूल ≈ 12-21% सौर सेल हैं जो AM1.5 स्पेक्ट्रम में संचालन के लिए एक अपकॉन्वर्टर के साथ और 2eV बैंडगैप ≈ 50.7% उत्तेजक सौर कोशिकाओं के लिए ऊष्मागतिकीय दक्षता सीमा के साथ अकार्बनिक और क्रिस्टलीय सौर कोशिकाओं के विपरीत बाध्य और मध्यवर्ती उत्तेजना अवस्थाओं द्वारा मुक्त शुल्क उत्पन्न करते हैं। एक्साइटोनिक सौर कोशिकाओं और अकार्बनिक सौर कोशिकाओं (कम एक्साइटॉन-बाइंडिंग ऊर्जा के साथ) की दक्षता 31 प्रतिशत से अधिक नहीं हो सकती है जैसा कि शॉकले और क्विसर ने समझाया है। वाहक गुणन वाहक गुणन के साथ ऊष्मागतिकीय दक्षता सीमाएं अवशोषित प्रत्येक फोटॉन के लिए कई इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी उत्पादन की सुविधा प्रदान करती हैं। ऊष्मागतिकीय प्रभावों को देखते हुए फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के लिए दक्षता सीमाएं सैद्धांतिक रूप से अधिक हो सकती हैं। सूर्य के असंकेन्द्रित ब्लैक-बॉडी विकिरण द्वारा संचालित सौर सेल के लिए, सैद्धांतिक अधिकतम दक्षता 43 प्रतिशत है जबकि सूर्य के पूर्ण केंद्रित विकिरण द्वारा संचालित सौर सेल के लिए, दक्षता सीमा 85 प्रतिशत तक है। दक्षता के ये उच्च मूल्य केवल तभी संभव हैं जब सौर कोशिकाएं विकिरण पुनर्संयोजन और वाहक गुणन का उपयोग करती हैं। सौर सेल ऊर्जा रूपांतरण दक्षता की क्वांटम दक्षता भी देखें फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव सौर सेल दक्षता संदर्भ फोटोवोल्टिक सौर सेल थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएँ