Kvantu efektivitāte ir mērījums tam, cik elektriski gaismjutīga ir gaismjutīga ierīce. Fotoreaktīvās virsmas izmanto ienākošo fotonu enerģiju, lai izveidotu elektronu caurumu pārus, kuros fotona enerģija palielina elektrona enerģijas līmeni un ļauj elektronam atstāt valences joslu, kur elektroni ir saistīti ar atsevišķiem atomiem, un iekļūt vadīšanas joslā. , kur tas var brīvi pārvietoties pa visu materiāla atomu režģi. Jo lielāks ir to fotonu procentuālais daudzums, kas rada elektronu-caurumu pāri, atsitoties pret fotoreaktīvo virsmu, jo augstāka ir tā kvantu efektivitāte. Kvantu efektivitāte ir svarīga īpašība vairākām modernām tehnoloģijām, jo īpaši fotoelementu saules baterijām, ko izmanto elektroenerģijas ražošanai, kā arī fotofilmām un ar lādiņu savienotām ierīcēm.
Fotonu enerģija mainās atkarībā no fotona viļņa garuma, un ierīces kvantu efektivitāte var atšķirties dažādiem gaismas viļņa garumiem. Dažādas materiālu konfigurācijas atšķiras atkarībā no tā, kā tie absorbē un atspoguļo dažādus viļņu garumus, un tas ir svarīgs faktors, kas nosaka, kādas vielas tiek izmantotas dažādās gaismjutīgās ierīcēs. Visizplatītākais materiāls saules baterijām ir kristāliskais silīcijs, taču pastāv arī šūnas, kuru pamatā ir citas fotoreaktīvās vielas, piemēram, kadmija telurīds un vara indija gallija selenīds. Fotofilmās tiek izmantots sudraba bromīds, sudraba hlorīds vai sudraba jodīds atsevišķi vai kopā.
Visaugstāko kvantu efektivitāti nodrošina ar uzlādi savienotas ierīces, ko izmanto digitālajai fotogrāfijai un augstas izšķirtspējas attēlveidošanai. Šīs ierīces savāc fotonus ar epitaksiskā silīcija slāni, kas leģēts ar boru, kas rada elektriskos lādiņus, kas pēc tam tiek novirzīti caur virkni kondensatoru uz lādiņa pastiprinātāju. Uzlādes pastiprinātājs pārvērš lādiņus spriegumu sērijās, ko var apstrādāt kā analogo signālu vai ierakstīt digitāli. Ar uzlādi savienotām ierīcēm, kuras bieži izmanto zinātniskos lietojumos, piemēram, astronomijā un bioloģijā, kam nepieciešama liela precizitāte un jutība, kvantu efektivitāte var būt 90 procenti vai vairāk.
Saules baterijās kvantu efektivitāti dažreiz iedala divos mērījumos: ārējā kvantu efektivitāte un iekšējā kvantu efektivitāte. Ārējā efektivitāte ir visu to fotonu procentuālais daudzums, kas ietriecas saules baterijā un rada elektronu caurumu pāri, ko šūna veiksmīgi savāc. Kvantu efektivitāte uzskaita tikai tos fotonus, kas ietriecās šūnā un nav atstaroti vai izvadīti no šūnas. Slikta iekšējā efektivitāte norāda, ka pārāk daudz elektronu, kas tika pacelti līdz vadītspējas līmenim, zaudē savu enerģiju un atkal tiek piesaistīti atomam valences līmenī, un šo procesu sauc par rekombināciju. Slikta ārējā efektivitāte var būt vai nu sliktas iekšējās efektivitātes atspoguļojums, vai arī tas, ka liels gaismas daudzums, kas sasniedz šūnu, nav pieejams lietošanai, jo šūna to atstaro vai ļauj tai iziet.
Kad elektroni sāk pārvietoties vadīšanas joslā, saules baterijas dizains kontrolē to kustības virzienu, lai radītu līdzstrāvas elektrības plūsmu. Tā kā augstāka kvantu efektivitāte nozīmē, ka vairāk elektronu var iekļūt vadīšanas joslā un tikt veiksmīgi savākti, augstāka efektivitāte ļauj ģenerēt vairāk enerģijas. Lielākā daļa saules bateriju ir izstrādātas, lai maksimāli palielinātu kvantu efektivitāti Zemes atmosfērā visbiežāk sastopamajos gaismas viļņu garumos, proti, redzamajā spektrā, lai gan ir izstrādātas arī specializētas saules baterijas infrasarkanās vai ultravioletās gaismas izmantošanai.