थर्मोडायनामिक दक्षता सीमा बिजली के लिए सूर्य की रोशनी की अधिकतम अधिकतम सैद्धांतिक रूप से संभावित रूपांतरण दक्षता है। इसका मूल्य लगभग 86% है, जो चंबदल-नोविकोव दक्षता है, जो सूर्य की सतह से उत्सर्जित फोटॉनों के तापमान के आधार पर कार्नाट सीमा से संबंधित अनुमान है।

बैंड अंतराल ऊर्जा का प्रभाव
सौर कोशिकाएं क्वांटम ऊर्जा रूपांतरण उपकरणों के रूप में काम करती हैं, और इसलिए थर्मोडायनामिक दक्षता सीमा के अधीन होती हैं। अवशोषक सामग्री के बैंड अंतर के नीचे एक ऊर्जा वाले फोटॉन एक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी उत्पन्न नहीं कर सकते हैं, और इसलिए उनकी ऊर्जा को उपयोगी आउटपुट में परिवर्तित नहीं किया जाता है और अवशोषित होने पर ही गर्मी उत्पन्न होती है। बैंड अंतराल ऊर्जा के ऊपर ऊर्जा के साथ फोटॉन के लिए, बैंड अंतराल के ऊपर ऊर्जा का केवल एक अंश उपयोगी आउटपुट में परिवर्तित किया जा सकता है। जब अधिक ऊर्जा का एक फोटॉन अवशोषित होता है, तो बैंड अंतराल के ऊपर अतिरिक्त ऊर्जा वाहक पुनर्मूल्यांकन की गतिशील ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। अतिरिक्त गतिशील ऊर्जा को फोनन इंटरैक्शन के माध्यम से गर्मी में परिवर्तित कर दिया जाता है क्योंकि वाहक की गतिशील ऊर्जा संतुलन वेग में धीमा हो जाती है। इसलिए, सौर ऊर्जा को एक निश्चित सीमा से परे बिजली में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है।

कई बैंड अंतराल अवशोषक सामग्री वाले सौर कोशिकाएं सौर स्पेक्ट्रम को छोटे डिब्बे में विभाजित करके दक्षता में सुधार करती हैं जहां प्रत्येक बिन के लिए थर्मोडायनामिक दक्षता सीमा अधिक होती है। ऐसी कोशिकाओं की थर्मोडायनामिक सीमाएं (जिसे बहु-जंक्शन कोशिकाओं या टंडेम कोशिकाओं भी कहा जाता है) का विश्लेषण नैनोब्यूब में ऑनलाइन सिम्युलेटर का उपयोग करके किया जा सकता है।

विभिन्न सौर सेल प्रौद्योगिकियों के लिए क्षमता सीमाएं
विभिन्न सौर सेल प्रौद्योगिकियों के लिए थर्मोडायनामिक दक्षता सीमा निम्नानुसार है:

एकल जंक्शन ≈ 31%
3-सेल स्टैक्स और अशुद्ध पीवी ≈ 50%
गर्म वाहक- या प्रभाव आयनीकरण-आधारित डिवाइस ≈ 54-68%
वाणिज्यिक मॉड्यूल ≈ 12-21%
AM1.5 स्पेक्ट्रम में ऑपरेशन के लिए अपकवर्टर वाला सौर सेल और 2eV बैंडगैप के साथ .7 50.7%

उत्तेजनात्मक सौर कोशिकाओं के लिए थर्मोडायनामिक दक्षता सीमा
एक्जिटोनिक सौर कोशिकाएं अकार्बनिक और क्रिस्टलीय सौर कोशिकाओं के विपरीत बाध्य और मध्यवर्ती उत्तेजना राज्यों द्वारा नि: शुल्क शुल्क उत्पन्न करती हैं। उत्तेजनात्मक सौर कोशिकाओं और अकार्बनिक सौर कोशिकाओं की दक्षता (कम उत्तेजना-बाध्यकारी ऊर्जा के साथ) शॉकली और क्विसर द्वारा समझाया गया 31% से अधिक नहीं हो सकता है।

वाहक गुणा के साथ थर्मोडायनामिक दक्षता सीमाएं
वाहक गुणा प्रत्येक फोटॉन अवशोषित के लिए एकाधिक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी पीढ़ी की सुविधा प्रदान करता है। फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के लिए क्षमता सीमा थर्मोडायनामिक प्रभावों पर सैद्धांतिक रूप से उच्च हो सकती है। सूर्य के असंगत काले शरीर विकिरण द्वारा संचालित सौर सेल के लिए, सैद्धांतिक अधिकतम दक्षता 43% है जबकि सूर्य के पूर्ण केंद्रित विकिरण द्वारा संचालित सौर सेल के लिए, दक्षता सीमा 85% तक है। क्षमता के ये उच्च मूल्य केवल तभी संभव होते हैं जब सौर कोशिकाएं विकिरण पुनर्मूल्यांकन और वाहक गुणा का उपयोग करती हैं।