Η κβαντική απόδοση είναι μια μέτρηση του πόσο ηλεκτρικά φωτοευαίσθητη είναι μια φωτοευαίσθητη συσκευή. Οι φωτοαντιδρώσες επιφάνειες χρησιμοποιούν την ενέργεια από τα εισερχόμενα φωτόνια για να δημιουργήσουν ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών, στα οποία η ενέργεια του φωτονίου αυξάνει το επίπεδο ενέργειας ενός ηλεκτρονίου και επιτρέπει στο ηλεκτρόνιο να εγκαταλείψει τη ζώνη σθένους, όπου τα ηλεκτρόνια συνδέονται με μεμονωμένα άτομα, και να εισέλθουν στη ζώνη αγωγιμότητας , όπου μπορεί να κινείται ελεύθερα σε ολόκληρο το ατομικό πλέγμα του υλικού. Όσο υψηλότερο είναι το ποσοστό των φωτονίων που παράγουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών κατά το χτύπημα της φωτοαντιδρώσας επιφάνειας, τόσο μεγαλύτερη είναι η κβαντική του απόδοση. Η κβαντική απόδοση είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό μιας σειράς σύγχρονων τεχνολογιών, κυρίως των φωτοβολταϊκών ηλιακών κυψελών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και των φωτογραφικών φιλμ και συσκευών τροφοδοσίας.
Η ενέργεια του φωτονίου ποικίλλει ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτονίου και η κβαντική απόδοση μιας συσκευής μπορεί να ποικίλλει για διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Οι διαφορετικές διαμορφώσεις των υλικών ποικίλλουν ως προς τον τρόπο με τον οποίο απορροφούν και αντανακλούν διαφορετικά μήκη κύματος, και αυτός είναι ένας σημαντικός παράγοντας για το ποιες ουσίες χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές φωτοευαίσθητες συσκευές. Το πιο κοινό υλικό για ηλιακές κυψέλες είναι το κρυσταλλικό πυρίτιο, αλλά υπάρχουν επίσης κύτταρα που βασίζονται σε άλλες φωτοαντιδρώσες ουσίες, όπως το τελλουρίδιο του καδμίου και το σεληνίδιο του γαλλίου του χαλκού. Το φωτογραφικό φιλμ χρησιμοποιεί βρωμιούχο άργυρο, χλωριούχο άργυρο ή ιωδιούχο άργυρο, είτε μόνο του είτε σε συνδυασμό.
Οι υψηλότερες κβαντικές αποδόσεις παράγονται από συσκευές συζευγμένες με φορτίο που χρησιμοποιούνται για ψηφιακή φωτογραφία και απεικόνιση υψηλής ανάλυσης. Αυτές οι συσκευές συλλέγουν φωτόνια με ένα στρώμα επιταξιακού πυριτίου εμποτισμένο με βόριο, το οποίο δημιουργεί ηλεκτρικά φορτία που στη συνέχεια μετατοπίζονται μέσω μιας σειράς πυκνωτών σε έναν ενισχυτή φορτίου. Ο ενισχυτής φόρτισης μετατρέπει τις φορτίσεις σε μια σειρά από τάσεις που μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία ως αναλογικό σήμα ή να εγγραφούν ψηφιακά. Συσκευές συζευγμένες με φορτίο, οι οποίες χρησιμοποιούνται συχνά σε επιστημονικές εφαρμογές όπως η αστρονομία και η βιολογία που απαιτούν μεγάλη ακρίβεια και ευαισθησία, μπορούν να έχουν κβαντική απόδοση 90 τοις εκατό ή περισσότερο.
Στα ηλιακά κύτταρα, η κβαντική απόδοση χωρίζεται μερικές φορές σε δύο μετρήσεις, την εξωτερική κβαντική απόδοση και την εσωτερική κβαντική απόδοση. Η εξωτερική απόδοση είναι μια μέτρηση του ποσοστού όλων των φωτονίων που χτυπούν το ηλιακό κύτταρο και παράγουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών που συλλέγεται με επιτυχία από το στοιχείο. Η κβαντική απόδοση μετράει μόνο εκείνα τα φωτόνια που προσκρούουν στο κύτταρο που δεν ανακλήθηκαν ή δεν μεταδόθηκαν έξω από το κύτταρο. Η κακή εσωτερική απόδοση δείχνει ότι πάρα πολλά ηλεκτρόνια που είχαν ανυψωθεί μέχρι το επίπεδο αγωγιμότητας χάνουν την ενέργειά τους και συνδέονται ξανά με ένα άτομο στο επίπεδο σθένους, μια διαδικασία που ονομάζεται ανασυνδυασμός. Η κακή εξωτερική απόδοση μπορεί να είναι είτε αντανάκλαση κακής εσωτερικής απόδοσης είτε μπορεί να σημαίνει ότι μεγάλες ποσότητες φωτός που φθάνει στην κυψέλη δεν είναι διαθέσιμες για χρήση επειδή ανακλάται από το στοιχείο ή αφήνεται να περάσει μέσα από αυτό.
Μόλις τα ηλεκτρόνια αρχίσουν να κινούνται στη ζώνη αγωγιμότητας, ο σχεδιασμός του ηλιακού κυττάρου ελέγχει την κατεύθυνση της κίνησής τους για να δημιουργήσει μια ροή ηλεκτρικού ρεύματος συνεχούς ρεύματος. Καθώς η υψηλότερη κβαντική απόδοση σημαίνει ότι περισσότερα ηλεκτρόνια μπορούν να εισέλθουν στη ζώνη αγωγιμότητας και να συλλεχθούν με επιτυχία, η υψηλότερη απόδοση καθιστά δυνατή την παραγωγή περισσότερης ισχύος. Τα περισσότερα ηλιακά κύτταρα έχουν σχεδιαστεί για να μεγιστοποιούν την κβαντική απόδοση στα μήκη κύματος του φωτός που είναι πιο κοινά στην ατμόσφαιρα της Γης, δηλαδή στο ορατό φάσμα, αν και έχουν αναπτυχθεί επίσης εξειδικευμένα ηλιακά κύτταρα για την εκμετάλλευση του υπέρυθρου ή του υπεριώδους φωτός.