Es gibt drei grundlegende Generationen von Solarzellen, von denen eine noch nicht ganz existiert, und die Forschung läuft. Sie werden als erster, zweiter und dritter bezeichnet und unterscheiden sich nach Kosten und Effizienz.
Die erste Generation ist teuer, hocheffizient. Diese Solarzellen werden computerähnlich aus hochreinem Silizium hergestellt, nutzen einen einzigen Übergang zur Energiegewinnung aus Photonen und sind sehr effizient und erreichen ihren theoretischen Wirkungsgrad von maximal 33%. Im Jahr 2007 machten Produkte der ersten Generation 89.6% der kommerziellen Produktion aus, obwohl der Marktanteil seitdem zurückgegangen ist. Die Herstellungsverfahren, mit denen sie hergestellt werden, sind von Natur aus teuer, so dass es Jahre dauern kann, bis diese Zellen ihre Anschaffungskosten decken. Es wird nicht angenommen, dass Zellen der ersten Generation in der Lage sein werden, Energie kostengünstiger bereitzustellen als fossile Brennstoffquellen.
Die zweite Generation, die in den 1990er und frühen 2000er Jahren intensiv weiterentwickelt wurde, sind kostengünstige Zellen mit niedrigem Wirkungsgrad. Dies sind am häufigsten Dünnschichtsolarzellen, Designs mit minimalem Materialeinsatz und kostengünstigen Herstellungsverfahren. Die am häufigsten verwendeten Materialien für diesen Typ sind Kupfer-Indium-Gallium-Selenid, Cadmium-Tellurid (CdTe), amorphes Silizium und mikromorphes Silizium.
Ein Standardbeispiel für Zellen der zweiten Generation sind die von Nanosolar, die die Zellen mit einer speziellen Maschine extrem schnell drucken. Obwohl diese Zellen nur einen Umwandlungswirkungsgrad von 10-15% haben, gleichen die geringeren Kosten dieses Defizit mehr als aus. Zellen der zweiten Generation haben das Potenzial, kostengünstiger zu sein als fossile Brennstoffe.
Solarzellen der dritten Generation sind nur ein Forschungsziel und existieren noch nicht wirklich. Das Ziel der Solarenergieforschung ist es, kostengünstige und hocheffiziente Zellen herzustellen. Dabei handelt es sich wahrscheinlich um Dünnschichtzellen, die neuartige Ansätze verwenden, um Wirkungsgrade im Bereich von 30-60% zu erzielen. Einige Analysten sagen voraus, dass die Kommerzialisierung von Zellen der dritten Generation irgendwann um 2020 beginnen könnte, aber dies ist nur eine Vermutung. Zu den Technologien, die mit Produkten der dritten Generation verbunden sind, gehören photovoltaische Mehrfachübergangszellen, Tandemzellen, nanostrukturierte Zellen, um einfallendes Licht besser aufzunehmen, und die Verwendung von überschüssiger Wärmeerzeugung, um die Spannungen oder die Ladungsträgersammlung zu verbessern.