什麼是Shockley-Queisser極限
單接面太陽電池理論效率的上限。由低於能隙之光的穿透與熱化損失的取捨決定，在地面太陽光下約於1.34 eV時達最大約33%。
日文名稱: ショックレー・クワイサー限界
「Shockley-Queisser極限」出現在1領域的1道練習題中（電池與能源材料等）。
這個名詞所屬的領域: 電池與能源材料
細緻平衡的想法
1961年，Shockley與Queisser把太陽電池視為接受太陽光、自身也依溫度放出光的物體，由光的進出平衡（細緻平衡）求得效率的上限。假設是：能量在能隙以上的光子全部被吸收並產生1組電子-電洞，復合只有放出光的輻射復合，載子會立刻冷卻到能帶邊緣。重要的是它指出，即使是沒有缺陷復合與電阻損失的理想電池，仍會殘留輻射復合這種無法避免的損失。
決定效率的因素
能量小於能隙 Eg 的光子不被吸收，穿透而損失。另一方面，大於 Eg 的光子雖被吸收，但多餘的能量在電子落到能帶邊緣的期間變成熱而損失（熱化）。例如以1.1 eV的能隙吸收2.5 eV的光子時，有1.4 eV變成熱。能隙變小時能吸收較多的光但電壓下降，能隙變大時電壓上升但能吸收的光減少。由這種取捨，在地面太陽光（AM1.5）下約於1.34 eV達到最大約33%。
常見的誤解
Shockley-Queisser極限並不是像熱機的卡諾效率那樣，所有太陽光能量轉換的上限。它是在單接面、1個光子產生1組載子、不聚光等假設下的上限，拿掉這些假設就能超越。疊合能隙不同之電池的多接面太陽電池，以最適合的層吸收各波段的光以減少熱化，在聚光條件下已有遠超過40%的效率報告。此外，矽（1.12 eV）位於接近此極限最大值的位置，但因為是間接能隙、吸光弱而需要較厚的吸收層，無法避免的歐傑復合成為主要損失，實際的上限估計約為29%。
在材料評估上的使用方式
極限的曲線，是評估新太陽電池材料的尺規。鈣鈦礦太陽電池多使用能隙約1.5〜1.6 eV的材料，是因為這個範圍接近極限的最大值。把實際電池的開路電壓、短路電流與填充因子，分別與相同能隙下的極限值比較，就能知道損失在哪裡。特別是開路電壓不足，表示不發光的非輻射復合很多。在矽上疊合寬能隙鈣鈦礦的串疊型電池，正以超越單接面極限的效率為目標而開發中。
練習Shockley-Queisser極限的題目
單接面太陽電池中，吸收層半導體的能隙存在使理論效率最大的最佳值（在地面太陽光下約1.1〜1.4 eV），其理由下列何者正確？
- A能隙小時電壓低，多餘的能量變成熱；能隙大時無法吸收的光子增加
- B能隙越大能吸收越多光子，但遷移率下降，因此電流減少
- C能隙越小復合越少，但太陽光的強度與波長無關而固定，因此在某處達到上限
查看答案與解析
正確答案：A. 能隙小時電壓低，多餘的能量變成熱；能隙大時無法吸收的光子增加
光子只有在能量大於能隙 Eg 時才會被吸收，超過 Eg 的能量會被載子以熱的形式傳給晶格（熱化損失）。而且開路電壓無法超過 Eg/q。Eg 小時可吸收的光子增加，但每1個能取出的能量變小；Eg 大時電壓雖然變高，卻無法吸收能量低於 Eg 的光子而使其穿透。由於這樣的取捨，Shockley-Queisser 理論效率在地面標準太陽光（AM1.5）下，於約1.1〜1.4 eV 的範圍內高達約32〜33%，在約1.34 eV 時達到最大的約33%。能隙越大吸收越多的說明正好相反。太陽光的強度隨波長大幅變化，並不固定。
常見問題
Shockley-Queisser極限是多少？
在地面太陽光的光譜（AM1.5）下，於能隙約1.34 eV時最大約為33%。1961年的原始論文把太陽視為6000 K的黑體計算，得到在約1.1 eV時約30%。
多接面太陽電池為什麼能超越極限？
因為疊合能隙不同的電池，讓短波長的光由能隙大的上層吸收、長波長的光由能隙小的下層吸收，能同時減少熱化與穿透的損失。
聚光時效率為什麼會提高？
因為光變強時電流成比例增加，開路電壓也隨光強度的對數上升，所以效率提高。在理想的最大聚光下，即使是單接面，上限也會提高到約40%。
解析中的「Shockley-Queisser極限」
由於這樣的取捨，Shockley-Queisser 理論效率在地面標準太陽光（AM1.5）下，於約1.1〜1.4 eV 的範圍內高達約32〜33%，在約1.34 eV 時達到最大的約33%。
單接面太陽電池中，吸收層半導體的能隙存在使理論效率最大的最佳值（在地面太陽光下約1.1〜1.4 eV），其理由下列何者…