Kvanttitehokkuus on mitta siitä, kuinka valoherkkä laite on sähköisesti valoherkkä. Valoreaktiiviset pinnat käyttävät tulevien fotonien energiaa luodakseen elektronireikäparit, joissa fotonin energia lisää elektronin energiatasoa ja sallii elektronin poistua valenssikaistalta, jossa elektronit ovat sitoutuneet yksittäisiin atomeihin, ja siirtyä johtavuuskaistalle , jossa se voi liikkua vapaasti materiaalin koko atomiristikon läpi. Mitä suurempi prosenttiosuus fotoneista tuottaa elektronireikäparin osuessaan fotoreaktiiviseen pintaan, sitä suurempi on sen kvanttitehokkuus. Kvanttitehokkuus on tärkeä ominaisuus useille nykyaikaisille tekniikoille, erityisesti sähköntuotannossa käytettäville aurinkokennoille sekä valokuvauskalvoille ja varauskytketyille laitteille.
Fotonienergia vaihtelee fotonin aallonpituuden mukaan, ja laitteen kvanttitehokkuus voi vaihdella eri valon aallonpituuksilla. Materiaalien eri kokoonpanot vaihtelevat siinä, miten ne absorboivat ja heijastavat eri aallonpituuksia, ja tämä on tärkeä tekijä siinä, mitä aineita käytetään eri valoherkissä laitteissa. Yleisin aurinkokennojen materiaali on kiteinen pii, mutta on olemassa myös muita valoreaktiivisia aineita, kuten kadmiumtelluridia ja kupari -indium -galliumselenidiä, perustuvia soluja. Valokuvauskalvossa käytetään hopeabromidia, hopeakloridia tai hopeajodidia joko yksinään tai yhdistelmänä.
Suurimman kvanttitehokkuuden tuottavat lataukseen kytketyt laitteet, joita käytetään digitaaliseen valokuvaukseen ja korkean resoluution kuvantamiseen. Nämä laitteet keräävät fotoneja boorilla seostetulla epitaksiaalisella piikerroksella, joka luo sähkövarauksia, jotka siirretään sitten kondensaattorisarjan kautta varausvahvistimeksi. Vahvistin muuntaa varaukset jännitesarjaksi, joka voidaan käsitellä analogisena signaalina tai tallentaa digitaalisesti. Latauskytkettyjen laitteiden, joita käytetään usein tieteellisissä sovelluksissa, kuten tähtitieteessä ja biologiassa, jotka vaativat suurta tarkkuutta ja herkkyyttä, kvanttitehokkuus voi olla 90 prosenttia tai enemmän.
Aurinkokennoissa kvanttitehokkuus jaetaan joskus kahteen mittaukseen, ulkoinen kvanttitehokkuus ja sisäinen kvanttitehokkuus. Ulkoinen tehokkuus mittaa niiden aurinkokennoon osuvien fotonien prosenttiosuuden, jotka tuottavat kennon onnistuneesti keräämän elektroni-reikäparin. Kvanttitehokkuus laskee vain ne soluun osuvat fotonit, jotka eivät heijastuneet pois tai siirtyneet pois solusta. Huono sisäinen tehokkuus osoittaa, että liian monet johtavuustasolle nostetut elektronit menettävät energiansa ja kiinnittyvät jälleen valenssitasolla olevaan atomiin, jota kutsutaan rekombinaatioksi. Huono ulkoinen tehokkuus voi heijastaa joko huonoa sisäistä tehokkuutta tai tarkoittaa sitä, että suuret määrät kennoon saapuvaa valoa eivät ole käytettävissä, koska kenno heijastaa sen pois tai antaa sen kulkea sen läpi.
Kun elektronit alkavat siirtyä johtavuuskaistalle, aurinkokennon rakenne ohjaa niiden liikesuuntaa tasavirtasähkön virran luomiseksi. Koska suurempi kvanttitehokkuus tarkoittaa sitä, että enemmän elektroneja pääsee johtavuuskaistalle ja kerätään onnistuneesti, suurempi hyötysuhde mahdollistaa suuremman tehon tuottamisen. Useimmat aurinkokennot on suunniteltu maksimoimaan kvanttitehokkuus maan ilmakehän yleisimmillä aallonpituuksilla, nimittäin näkyvällä spektrillä, vaikka on kehitetty myös erikoistuneita aurinkokennoja infrapuna- tai ultraviolettivalon hyödyntämiseksi.