Esistono tre generazioni di base di celle solari, anche se una di esse non esiste ancora e la ricerca è in corso. Sono designati come primo, secondo e terzo e differiscono in base al loro costo ed efficienza.
La prima generazione è ad alto costo, ad alta efficienza. Queste celle solari sono prodotte in modo simile ai computer, utilizzando silicio estremamente puro, utilizzano una singola giunzione per estrarre energia dai fotoni e sono molto efficienti, avvicinandosi alla loro efficienza teorica massima del 33%. Nel 2007, i prodotti di prima generazione rappresentavano l’89.6% della produzione commerciale, anche se da allora la quota di mercato è diminuita. I processi di produzione utilizzati per produrli sono intrinsecamente costosi, il che significa che queste celle potrebbero impiegare anni per pagare i loro costi di acquisto. Non si pensa che le celle di prima generazione saranno in grado di fornire energia in modo più conveniente rispetto alle fonti di combustibili fossili.
La seconda generazione, che è stata oggetto di un intenso sviluppo negli anni ‘1990 e nei primi anni 2000, è costituita da celle a basso costo e bassa efficienza. Si tratta più frequentemente di celle solari a film sottile, design che utilizzano materiali minimi e processi di produzione economici. I materiali più utilizzati per questo tipo sono il seleniuro di rame, indio e gallio, il tellururo di cadmio (CdTe), il silicio amorfo e il silicio micromorfo.
Un esempio standard di celle di seconda generazione sarebbero quelle prodotte da Nanosolar, che utilizza una macchina speciale per stampare le celle a una velocità estremamente elevata. Sebbene queste celle abbiano solo un’efficienza di conversione del 10-15%, il costo ridotto compensa ampiamente questo deficit. Le celle di seconda generazione hanno il potenziale per essere più convenienti dei combustibili fossili.
Le celle solari di terza generazione sono solo un obiettivo di ricerca e non esistono ancora. L’obiettivo della ricerca sull’energia solare è produrre celle a basso costo e ad alta efficienza. È probabile che si tratti di celle a film sottile che utilizzano nuovi approcci per ottenere efficienze nell’intervallo del 30-60%. Alcuni analisti prevedono che le celle di terza generazione potrebbero iniziare a essere commercializzate intorno al 2020, ma questa è solo un’ipotesi. Le tecnologie associate ai prodotti di terza generazione includono celle fotovoltaiche multigiunzione, celle tandem, celle nanostrutturate per raccogliere meglio la luce incidente e utilizzare la generazione termica in eccesso per migliorare le tensioni o la raccolta dei vettori.