Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von entnommener elektrischer Energie und eingestrahlter Lichtenergie. Je höher er ist, desto geringer kann die Fläche für die Anlage gehalten werden. Der Wirkungsgrad kann für unterschiedliche Systemgesamtheiten betrachtet werden:
die nackte Solarzelle
das Solarpanel bzw. -modul
die gesamte Anlage inklusive Wechselrichter bzw. Laderegler und Akkus.
Die heutzutage mit Solarzellen erzielbaren Wirkungsgrade reichen von wenigen Prozent bis zu über 40 %. Dieser wird unter standardisierten Bedingungen ermittelt. Organische Solarzellen erzielen derzeit (April 2011) bis zu 10,6 % Wirkungsgrad, Dünnschichtmodule auf Basis von amorphem Silizium etwa 5 bis 13 %,[27] Dünnschichtmodule auf der Basis von Cadmiumtellurid ca. 12 %,[28] Solarzellen aus polykristallinem Silizium 13 bis 18 %,[29][30] Zellen aus monokristallinem Silizium zwischen 14 und 24 %.[31] Sogenannte Konzentratorzellen können in Laborsituationen über 40 % Wirkungsgrad erzielen.[32][33]
Zum Vergleich: Sonnenwärmekraftwerke kommen auf einen Wirkungsgrad von ca. 14–16 %.
Konzentrator-Photovoltaikmodule weisen einen höheren Wirkungsgrad als konventionelle Photovoltaikmodule auf.
Zum einen, weil effizientere, teurere Zellen verwendet werden können, und zum anderen steigt der Wirkungsgrad mit einer höheren Lichtintensität, da der Kurzschlussstrom der Zelle proportional zur Lichtintensität ansteigt und gleichzeitig die Zellenspannung zunimmt.
Da der optische Konzentrator die Solarstrahlung von einer großen Eingangsfläche auf die relativ kleine Solarzelle bündelt, ist eine wirksame (Wasser-)Kühlung der Solarzelle notwendig, weil sonst deren Temperatur unzulässig ansteigen und der Zellen-Wirkungsgrad zudem abnehmen würde. Da Konzentrator-Photovoltaikmodule wegen der Lichtbündelung zwingend auf Nachführsysteme angewiesen sind, erhöht sich der Energieertrag gegenüber einer konventionellen Photovoltaikanlage wesentlich. Wegen der Lichtbündelung können Konzentrator-Photovoltaikmodule aber nur in Gebieten mit hoher direkter Sonneneinstrahlung effektiv eingesetzt werden. Sie konkurrieren diesbezüglich also im Wesentlichen mit Solarwärmekraftwerken. Die höheren Investitionskosten von Konzentrator-Photovoltaik haben deren höheren Energieertrag verglichen mit konventionellen Photovoltaikanlagen bisher nicht wettmachen können.
Heutige Solarmodule absorbieren einen Teil des Sonnenlichts nicht, sondern reflektieren es an ihrer Oberfläche. Schwarzes Silicium vermeidet diese Reflexionen fast vollständig.
Allerdings sind auch heutige Solarmodule in der Regel mit einer Antireflexionsschicht ausgestattet, die die Reflexion bereits stark vermindert.