Kvantinis efektyvumas yra matavimas, nurodantis, kiek šviesai jautrus prietaisas yra elektrai jautrus. Fotoreaktyvūs paviršiai naudoja įeinančių fotonų energiją, kad sukurtų elektronų skylių poras, kuriose fotono energija padidina elektrono energijos lygį ir leidžia elektronui išeiti iš valentinės juostos, kurioje elektronai yra susieti su atskirais atomais, ir patekti į laidumo juostą. , kur gali laisvai judėti per visą medžiagos atominę gardelę. Kuo didesnis procentas fotonų, kurie sukuria elektronų ir skylių porą atsitrenkę į fotoreaktyvų paviršių, tuo didesnis jo kvantinis efektyvumas. Kvantinis efektyvumas yra svarbi daugelio šiuolaikinių technologijų, ypač fotovoltinių saulės elementų, naudojamų elektrai gaminti, charakteristika, taip pat fotojuostos ir įkrovimo įtaisai.
Fotonų energija skiriasi priklausomai nuo fotono bangos ilgio, o įrenginio kvantinis efektyvumas gali skirtis esant skirtingiems šviesos bangos ilgiams. Įvairios medžiagų konfigūracijos skiriasi tuo, kaip jos sugeria ir atspindi skirtingus bangos ilgius, ir tai yra svarbus veiksnys nustatant, kokios medžiagos naudojamos skirtinguose šviesai jautriuose įrenginiuose. Dažniausia saulės elementų medžiaga yra kristalinis silicis, tačiau yra ir kitų fotoreaktyvių medžiagų, tokių kaip kadmio teluridas ir vario indžio galio selenidas, pagrindu. Fotografijoje naudojamas sidabro bromidas, sidabro chloridas arba sidabro jodidas, vienas arba kartu.
Didžiausią kvantinį efektyvumą sukuria su įkrovimu sujungti įrenginiai, naudojami skaitmeninei fotografijai ir didelės raiškos vaizdavimui. Šie prietaisai surenka fotonus su epitaksinio silicio sluoksniu, legiruotu boru, kuris sukuria elektros krūvius, kurie vėliau per keletą kondensatorių perkeliami į krūvio stiprintuvą. Įkrovimo stiprintuvas paverčia įkrovas į įtampų seriją, kurią galima apdoroti kaip analoginį signalą arba įrašyti skaitmeniniu būdu. Su įkrovimu sujungtų prietaisų, kurie dažnai naudojami mokslinėse srityse, tokiose kaip astronomija ir biologija, kurioms reikia didelio tikslumo ir jautrumo, kvantinis efektyvumas gali siekti 90 procentų ar daugiau.
Saulės elementuose kvantinis efektyvumas kartais skirstomas į du matavimus – išorinį kvantinį efektyvumą ir vidinį kvantinį efektyvumą. Išorinis efektyvumas yra visų fotonų, atsitrenkiančių į saulės elementą, kurie sukuria elektronų ir skylių porą, kurią ląstelė sėkmingai surenka, procento matavimas. Kvantinis efektyvumas skaičiuoja tik tuos fotonus, kurie atsitrenkia į ląstelę, kurie neatsispindėjo arba nebuvo perduoti iš ląstelės. Prastas vidinis efektyvumas rodo, kad per daug elektronų, kurie buvo pakelti iki laidumo lygio, praranda savo energiją ir vėl prisiriša prie valentinės lygmens atomo, o šis procesas vadinamas rekombinacija. Prastas išorinis efektyvumas gali būti prasto vidinio efektyvumo atspindys arba reikšti, kad dideli šviesos kiekiai, pasiekiantys elementą, negalimi naudoti, nes ją atspindi elementas arba leidžiama pro ją praeiti.
Kai elektronai pradeda judėti į laidumo juostą, saulės elemento konstrukcija kontroliuoja jų judėjimo kryptį, kad sukurtų nuolatinės srovės elektros srautą. Kadangi didesnis kvantinis efektyvumas reiškia, kad daugiau elektronų gali patekti į laidumo juostą ir būti sėkmingai surinkti, didesnis efektyvumas leidžia generuoti daugiau energijos. Dauguma saulės elementų yra suprojektuoti taip, kad maksimaliai padidintų Žemės atmosferoje dažniausiai pasitaikančių šviesos bangų ilgių kvantinį efektyvumą, būtent matomą spektrą, nors buvo sukurti ir specializuoti saulės elementai infraraudoniesiems arba ultravioletiniams spinduliams išnaudoti.