Il existe trois générations de base de cellules solaires, bien que l’une d’entre elles n’existe pas encore tout à fait, et les recherches sont en cours. Ils sont désignés comme premier, deuxième et troisième et diffèrent en fonction de leur coût et de leur efficacité.
La première génération est coûteuse et à haute efficacité. Ces cellules solaires sont fabriquées de manière similaire aux ordinateurs, impliquant du silicium extrêmement pur, utilisent une seule jonction pour extraire l’énergie des photons et sont très efficaces, approchant leur maximum d’efficacité théorique de 33%. En 2007, les produits de première génération représentaient 89.6 % de la production commerciale, bien que la part de marché ait diminué depuis. Les processus de fabrication qui sont utilisés pour les produire sont intrinsèquement coûteux, ce qui signifie que ces cellules peuvent prendre des années pour payer leurs coûts d’achat. On ne pense pas que les cellules de première génération seront en mesure de fournir une énergie plus rentable que les sources de combustibles fossiles.
La deuxième génération, qui a fait l’objet d’un développement intense au cours des années 1990 et au début des années 2000, sont des cellules à faible coût et à faible efficacité. Il s’agit le plus souvent de cellules solaires à couche mince, de conceptions utilisant un minimum de matériaux et de procédés de fabrication bon marché. Les matériaux les plus populaires utilisés pour ce type sont le séléniure de cuivre, d’indium et de gallium, le tellurure de cadmium (CdTe), le silicium amorphe et le silicium micromorphe.
Un exemple standard de cellules de deuxième génération serait celles fabriquées par Nanosolar, qui utilise une machine spéciale pour imprimer les cellules à une vitesse extrêmement rapide. Bien que ces cellules n’aient qu’une efficacité de conversion de 10 à 15 %, la baisse des coûts compense largement ce déficit. Les cellules de deuxième génération ont le potentiel d’être plus rentables que les combustibles fossiles.
Les cellules solaires de troisième génération ne sont qu’une cible de recherche et n’existent pas encore vraiment. L’objectif de la recherche sur l’énergie solaire est de produire des cellules à faible coût et à haut rendement. Il s’agit probablement de cellules à couche mince qui utilisent de nouvelles approches pour obtenir des rendements de l’ordre de 30 à 60 %. Certains analystes prédisent que les cellules de troisième génération pourraient commencer à être commercialisées vers 2020, mais ce n’est qu’une supposition. Les technologies associées aux produits de troisième génération comprennent les cellules photovoltaïques multijonctions, les cellules en tandem, les cellules nanostructurées pour mieux capter la lumière incidente et l’utilisation de la génération thermique en excès pour améliorer les tensions ou la collecte des porteurs.