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1.晶硅太阳电池
晶体硅材料是间接带隙半导体材料，它的带隙宽度（1.12eV）与1.4eV的理想带隙宽度有较大的差值，因此严格来说，晶体硅不是最理想的太阳电池材料。但是，硅是地壳表层除了氧以外丰度排在第二位的元素，本身无毒，主要是以沙子和石英状态存在，易于开采提炼，特别是借助于半导体器件工业的发展，晶体硅材料的生长、加工技术日益成熟，因此晶体硅材料成了太阳电池的主要材料。
晶硅太阳电池是以晶体硅为基体材料的太阳电池。晶体硅是目前太阳电池应用最多的材料，包括单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池及准单晶硅太阳电池等。
（1）单晶硅太阳电池
单晶硅太阳电池是采用单晶硅片制造的太阳电池，这类太阳电池发展最早，产业化技术也最成熟。与其他种类的太阳电池相比，单晶硅太阳电池性能稳定，转换效率高，目前规模化生产的太阳电池平均转换效率已达24%。1980年以后，由于单晶硅太阳电池技术的持续进步和价格的不断下降，单晶硅太阳电池曾经长期占领最大的光伏市场份额。但由于当时硅材料的生产成本仍较高，市场份额在1998年后已逐步被多晶硅太阳电池超越。又经过十几年的发展，一方面金刚线切割技术、多次投料拉晶技术的导入使单晶硅片的生产成本大幅下降，另一方面PERC技术的导入大幅提升了单晶硅太阳电池的转换效率，从2016年开始，单晶硅太阳电池的市场份额快速发展，目前已经占到市场的80%以上。
（2）多晶硅太阳电池
在制作多晶硅太阳电池时，作为原料的高纯多晶硅料不是拉制成单晶硅，而是加热熔化后直接浇铸成正方形的多晶硅锭，然后使用切割机将其切成薄的多晶硅片，再加工成太阳电池。由于多晶硅片是由不同大小、不同取向的晶粒构成，内部存在大量晶界和缺陷复合中心，因此多晶硅太阳电池的转换效率要比单晶硅太阳电池的低。目前规模化生产的多晶硅太阳电池的转换效率达到18.5%～20.5%。由于其制造成本比较低，所以曾经发展很快，一度成为产量和市场占有率最高的太阳电池。
（3）准单晶硅太阳电池
准单晶硅材料又称类单晶硅材料，它是利用低成本铸造法生长的高质量单晶硅片。2012年前后，准单晶硅产品曾经短暂在市场应用过，一度占有10%～20%的市场份额。相较于普通多晶硅太阳电池，准单晶硅太阳电池晶界少，位错密度低，转换效率高出0.7%～1%。准单晶硅技术并不能生长全单晶硅锭，只有中间接近90%面积为单晶。该区域的单晶品质不如普通直拉单晶，由于冷却热应力的作用，铸造单晶中仍存在较多位错缺陷，比普通单晶硅太阳电池转换效率低0.5%。多晶区域占10%，品质不如普通多晶，电池转换效率低。2017年该技术重新受到关注，具有比单晶硅太阳电池更优异的光致衰减性能。
2.硅基薄膜太阳电池
硅基薄膜太阳电池基于刚性或柔性材料为衬底，采用化学气相沉积的方法，通过掺 P 或者B得到n型a-Si或p型a-Si。硅基薄膜太阳电池具有沉积温度低（约200℃）、便于大面积连续生产、可制成柔性太阳电池等优点。与晶硅太阳电池相比，应用范围更广泛，但是硅基薄膜太阳电池的低转换效率仍是其最大的弱点。如何提高硅基薄膜太阳电池的转换效率、稳定性和性价比是近年来研究的热点。
（1）非晶硅太阳电池
非晶硅材料的禁带宽带为1.7eV，在太阳光谱的可见光范围内，非晶硅的吸收系数比晶体硅高近一个数量级，且非晶硅太阳电池光谱响应的峰值与太阳光谱的峰值很接近，因此 1μm厚度的非晶硅材料就能充分吸收太阳光，这使得非晶硅太阳电池的弱光发电能力远高于晶硅太阳电池。在1980年，非晶硅太阳电池实现商品化后，日本三洋电器公司率先利用其制成计算器电源，此后应用范围逐渐从多种电子消费产品，如手表、计算器、玩具等扩展到户用电源、光伏电站等。
尽管非晶硅太阳电池成本低，便于大规模生产，易于实现与建筑一体化，有着巨大的市场潜力，但是非晶硅太阳电池的转换效率比较低，规模化生产的商品非晶硅太阳电池转换效率多为6%～10%。此外非晶硅太阳电池吸收材料引发的光致衰减效应使得其稳定性也较差。近些年的研发使得非晶硅单结电池和叠层电池的转换效率有显著提高，稳定性问题也有所改善，但尚未彻底解决问题，作为电力电源未能大量推广。
（2）微晶硅太阳电池
微晶硅太阳电池与非晶硅太阳电池相比效率高、稳定性好，微晶硅材料可以在接近室温的条件下制备，特别是使用大量氢气稀释的硅烷，可以生成晶粒尺寸为10nm左右的微晶硅薄膜，薄膜厚度一般为2～3μm。到20世纪90年代中期，微晶硅太阳电池的最高效率已经超过非晶硅太阳电池，达到 10%以上，而且光致衰退效应比较小。现在已投入实际应用的是以非晶硅（ E g =1.7eV）为顶层、微晶硅（ E g =1.1eV）为底层的（a-Si/μc-Si）叠层电池，其转换效率已经超过14%，显示出良好的应用前景。然而，由于微晶硅薄膜中含有大量的非晶硅，缺陷密度较高，所以不能像单晶硅那样直接形成p-n结，而必须做成p-i-n结。因此，如何制备获得缺陷密度很低的本征层，以及在温度比较低的工艺条件下制备非晶硅含量很少的微晶硅薄膜，是今后进一步提高微晶硅太阳电池转换效率的关键。
3.化合物太阳电池
化合物太阳电池是指以化合物半导体材料制成的太阳电池，目前应用的主要有以下几种。
（1）单晶化合物太阳电池
单晶化合物太阳电池主要有砷化镓（GaAs）太阳电池，这也是目前转换效率最高的单结太阳电池。砷化镓的能隙为1.4eV，是很理想的电池吸收材料。此外，多结聚光砷化镓太阳电池的转换效率已经超过47%。由于砷化镓太阳电池转换效率高，还可制作成轻质柔性发电组件，因此作为空间光伏电源得到了广泛应用。但由于砷化镓太阳电池制作工艺复杂、价格昂贵，而且砷化合物还有毒性，因此极少在地面光伏电站上应用。
（2）多晶化合物太阳电池
多晶化合物太阳电池的类型很多，目前已经实际应用的主要有碲化镉（CdTe）太阳电池、铜铟镓硒（CIGS）太阳电池。目前碲化镉太阳电池的转换效率纪录为22.1%，研究重点为含Se吸收层、掺镁氧化锌（MZO）窗口层以及吸收层V族元素掺杂工艺等方面。目前CIGS太阳电池转换效率的世界纪录为23.35%。CIGS 太阳电池的一个重要发展方向是通过叠层技术寻求与其他太阳电池的结合。
此外，还有有机半导体太阳电池、染料敏化（Dye-sensitized）太阳电池、钙钛矿太阳电池等，详情将在第6章介绍。
1.同质结太阳电池
由同一种半导体材料形成的p-n结称为同质结，用同质结构成的太阳电池称为同质结太阳电池。
2.异质结太阳电池
由两种禁带宽度不同的半导体材料形成的结称为异质结，用异质结构成的太阳电池称为异质结太阳电池。
3.肖特基结太阳电池
利用金属-半导体界面上的肖特基势垒而构成的太阳电池称为肖特基结太阳电池，简称 MS电池。目前已发展为金属-氧化物-半导体（MOS）、金属-绝缘体-半导体（MIS）太阳电池等。
4.复合结太阳电池
由两个或多个p-n结形成的太阳电池称为复合结太阳电池，又可分为垂直多结太阳电池和水平多结太阳电池。复合结太阳电池往往做成级联型：把宽禁带材料放在顶区，吸收阳光中的高能光子；用窄禁带材料吸收低能光子，使整个电池的光谱响应拓宽。例如，InGaP/GaAs/InGaAs太阳电池的转换效率已达到37.9%。
1.空间太阳电池
空间太阳电池是指在人造卫星、宇宙飞船等航天器上应用的太阳电池。由于使用环境特殊，要求太阳电池具有效率高、质量小、耐高低温冲击、抗高能粒子辐射能力强等性能。这类太阳电池制作精细，价格较高。
2.地面太阳电池
地面太阳电池是指用于地面光伏发电系统的太阳电池。这是目前应用最广泛的太阳电池，要求耐风霜雨雪的侵袭，有较高的功率价格比，具有大规模生产的工艺可行性和充裕的原材料来源。