在物理学中，Shockley-Queisser 极限（也称为详细平衡极限、Shockley Queisser Efficiency Limit或SQ Limit，或物理术语中的辐射效率极限）是太阳能电池使用单个pn 结收集的最大理论效率来自电池的能量，其中唯一的损失机制是太阳能电池中的辐射复合。它首先被计算威廉肖克莱和汉斯·约阿希姆·奎塞尔在肖克利半导体于1961年，在1.1eV的给予的30％的最大效率。[1]第一次计算使用 6000K 黑体光谱作为太阳光谱的近似值。随后的计算使用了测量的全局太阳光谱 (AM1.5G)，并包括一个背面反射镜，将带隙为 1.34 eV 的太阳能电池的最大效率提高到 33.7%。[2]该极限是利用光伏电池生产太阳能的最基本条件之一，被认为是该领域最重要的贡献之一。[3]

限制是单个 pn 结光伏电池的最大太阳能转换效率约为 33.7%，假设典型的阳光条件（未集中，AM 1.5 太阳光谱），并受以下讨论的其他注意事项和假设的约束。该最大值出现在1.34 eV的带隙处。[2]也就是说，在阳光中包含的所有能量（约 1000 W/m 2）落在一个理想的太阳能电池上，其中只有 33.7% 可以转化为电能（337 W/m 2）。最流行的太阳能电池材料硅的带隙不太理想，为 1.1 eV，最大效率约为 32%。现代商用单晶太阳能电池产生约 24% 的转换效率，损失主要是由于实际问题，例如电池正面的反射和电池表面细线的光阻挡。

Shockley-Queisser 极限仅适用于具有单个 pn 结的传统太阳能电池；具有多层的太阳能电池可以（并且确实）超过这个限制，太阳能热和某些其他太阳能系统也可以。在极限情况下，对于具有无限层数的多结太阳能电池，对应的极限为普通阳光的 68.7%，[4]或使用集中阳光的 86.8%。[5]（见太阳能电池效率。）

在传统的固态 半导体（例如硅）中，太阳能电池由两种掺杂晶体制成，一种是具有额外自由电子的n 型半导体，另一种是缺乏自由电子的p 型半导体，称为地为“洞”。当最初彼此接触时，n 型部分中的一些电子将流入 p 型以“填充”缺失的电子。最终会流过边界以平衡两种材料的费米能级。结果是界面处的一个区域，即pn 结，其中载流子在界面的每一侧都耗尽。在硅中，这种电子转移会产生大约 0.6 V到 0.7 V的势垒。[6]

当材料放在太阳下时，来自太阳光的光子可以在半导体的 p 型侧被吸收，导致价带中的电子在能量上被提升到导带。这个过程被称为光激发。顾名思义，导带中的电子可以在半导体周围自由移动。当负载作为一个整体放置在电池上时，这些电子将从 p 型侧流入 n 型侧，在通过外部电路时失去能量，然后返回到 p 型材料中。可以与它们留下的价带孔重新结合。通过这种方式，阳光会产生电流。[6]

Shockley-Queisser 极限是通过检查入射阳光的每个光子提取的电能量来计算的。有几个考虑：