열역학 효율 한계는 이론상 가능한 최대의 태양 광 변환 효율입니다. 그 값은 약 86 %로 Chambadal-Novikov 효율 (태양 표면에 의해 방출되는 광자의 온도를 기반으로 Carnot 한계와 관련된 근사치)입니다.

밴드 갭 에너지의 효과
태양 전지는 양자 에너지 변환 장치로 작동하기 때문에 열역학적 효율 제한이 적용됩니다. 흡수체 물질의 밴드 갭 아래의 에너지를 갖는 광자는 전자 – 홀 쌍을 생성 할 수 없으므로, 이들의 에너지는 유용한 출력으로 변환되지 않고 흡수되면 열을 발생시킨다. 밴드 갭 에너지 이상의 에너지를 지닌 광자의 경우, 밴드 갭 위의 에너지의 일부만이 유용한 출력으로 변환 될 수 있습니다. 더 큰 에너지의 광자가 흡수 될 때, 밴드 갭 위의 초과 에너지는 캐리어 재조합의 운동 에너지로 변환된다. 초과 운동 에너지는 캐리어의 운동 에너지가 평형 속도로 감속함에 따라 포논 상호 작용을 통해 열로 변환됩니다. 따라서 태양 에너지는 일정한 한도를 초과하여 전기로 변환 될 수 없습니다.

다중 밴드 갭 흡수체 물질을 갖는 태양 전지는 태양 스펙트럼을 각 빈에 대한 열역학적 효율 한계가 더 큰 작은 빈으로 분할함으로써 효율을 향상시킨다. 이러한 세포 (다중 접합 세포 또는 직렬 세포라고도 함)의 열역학적 한계는 nanoHUB의 온라인 시뮬레이터를 사용하여 분석 할 수 있습니다.

다양한 태양 전지 기술에 대한 효율 한계
다른 태양 전지 기술에 대한 열역학적 효율 한계는 다음과 같습니다.

단일 접합점 ≈ 31 %
3 셀 스택 및 불순한 PV ≈ 50 %
핫 캐리어 또는 임팩트 이온화 기반 장치 ≈ 54-68 %
상용 모듈은 약 12-21 %
AM1.5 스펙트럼 및 2eV 밴드 갭에서 작동하는 업 컨버터가있는 태양 전지 ≈ 50.7 %

엑시톤 태양 전지의 열역학적 효율 한계
엑시톤 (excitonic) 태양 전지는 무기 및 결정질 태양 전지와 달리 바운드 및 중간 여기자 상태에 의해 자유 전하를 생성합니다. Shockley와 Queisser가 설명한 것처럼 excitonic 태양 전지와 무기 태양 전지 (exciton-binding energy가 적은)의 효율은 31 %를 넘을 수 없다.

캐리어 증배로 열역학 효율 한계
캐리어 곱셈은 흡수 된 각각의 광자에 대해 다수의 전자 – 홀 쌍 발생을 용이하게한다. 태양 전지의 효율 한계는 열역학 효과를 고려하면 이론적으로 더 높을 수 있습니다. 썬의 집중되지 않은 흑체 방사에 의해 구동되는 태양 전지의 경우, 이론적 인 최대 효율은 43 %이지만 반면 태양의 완전 집중 방사에 의해 구동되는 태양 전지의 경우 효율 한계는 최대 85 %입니다. 이러한 높은 효율 값은 태양 전지가 복사 재결합 및 캐리어 곱셈을 사용할 때만 가능합니다.