We weten nu reeds hoe een zonnecel werkt.  De hoeveelheid energie die we uit een zonnecel krijgen kan sterk variëren.  Bij ideale omstandigheden zet een zonnecel alle energie van het invallende licht om in elektrische energie.   In de praktijk worden rendementen van 30% gehaald.  Hierbij gaat het dan wel over zeer dure zonnecellen die nog in verdere ontwikkeling zijn.  Ze worden dan ook vooral gebruikt in de ruimtevaart.  Zonnecellen voor op het dak en in rekenmachines hebben een rendement van ongeveer 15 tot 23 %. 

Het rendement van een zonnecel wordt uitgedrukt als:

 η = elektrische energie / energie invallend licht

De hoeveelheid energie per seconde van het invallend licht is gegeven door het aantal fotonen, n, dat per seconde binnenvalt maal de energie per foton, dus: 

P_licht = n.hc/ λ

Hierbij gaat men er vanuit dat het gaat om monochromatisch licht.  Dit is licht met één bepaalde golflengte. De elektrische energie die per seconde door de cel geleverd wordt, wordt gegeven door het product van de stroom I en de spanning V:

                                           P_elektrisch = V.I

Wanneer we de voorgaande formules combineren krijgen we de volgende formule:

                                                 η = λVI / nhc

Bij nader onderzoek zal blijken dat de spanning en de stroom afhankelijk zijn van de intensiteit van het licht.  Er is ook een optimale belasting van de zonnecel mogelijk waarbij het product van I en V maximaal wordt. 

De spanning wordt bepaald door de energie van de elektronen, de stroom door het aantal elektronen per tijdseenheid.  Dus hoe meer licht, hoe meer elektronen er aangeslagen worden.  Bijgevolg is de stroom dus ook hoger.  Bij zonnecellen is het makkelijker om te praten met stroomdichtheid.  Dit is de stroom per oppervlakte-eenheid ( Am² of Acm² )

We kunnen drie situaties onderscheiden wat betreft de energie van het invallend licht: de fotonen hebben meer, minder of juist genoeg energie om een elektron van de valentieband naar de geleidingsband te slaan. 

Wanneer de fotonenenergie kleiner is dan de bandgap, dan krijgen de elektronen niet genoeg energie om in de geleidingsbanden te komen.  Dit heeft als gevolg dat de zonnecel geen elektriciteit zal leveren, hoeveel licht er ook binnenkomt.   Licht met deze golflengten heeft dus een rendement gelijk aan 0%. 

Als de energie van een foton exact gelijk is aan de bandgap, dan krijgen we een rendement van 100%.  Hierbij wordt alle lichtenergie omgezet in elektrische energie.  Ten derde hebben we dan nog de situatie waarbij de energie van het licht groter is dan de bandgap.  Bij deze situatie is er dus een overschot aan energie van de aangeslagen elektronen.  Deze energie zal in warmte worden omgezet via botsingen met atomen. Het rendement van deze golflengen zal dus liggen tussen de 0% en 100%. 

Licht heeft nooit een samenstelling van fotonen die allemaal de exacte energie gelijk aan de bandgap hebben. Dit verklaart dat het rendement dus zelden hoger zal zijn dan 30% ( Sinds kort zijn er al nieuwe zonecellen die wel hoger kunnen) .  Een andere grote factor die het rendement bepaalt, is de weerstand.  Deze wordt verder uitgelegd in hoofdstuk 5.