太陽能電池發電基於半導體材料的光伏效應，而由於半導體工業的飛速發展，矽材料成了最為普及的半導體材料，人類對於矽材料及其與其他材料相互作用的認識也達到了一個相當的高度。因此，矽基太陽能電池技術理所當然地成為了最先發展，也是目前最為成熟、應用最廣的太陽能光伏技術。矽基太陽能電池一直占全球太陽能電池產量的94%以上。
矽基薄膜、多元化合物薄膜、燃料敏化等形形色色的替代技術隨之誕生。
薄膜太陽能技術光吸收係數高，因此所需原料遠少於晶體矽技術；該技術生產工序能夠實現連續化，相對於晶體矽技術的間歇操作，效率大大提高且易於規模化；能夠生產大尺寸電池，有助於規模化生產。薄膜技術的優點都能幫助大幅度降低生產成本，因而被認為有可能將太陽能電池推向大眾市場。特別是在目前多晶矽供應緊張、價格高的背景下，各國都加強了對薄膜太陽能電池的研究，期待能在下一代太陽能電池技術的競賽中搶得先機。但目前的化合物薄膜都會用到稀有金屬，原料的來源恐怕也是大規模生產後一個讓人頭疼的問題。
染料敏化TiO2納米電池材料來源豐富且廉價，並可使用純度不高的材料，大大降低了成本，也被認為是一種較有希望的選擇。
太陽能電池的應用 20世紀60年代，科學家們就已經將太陽能電池應用於通信供電。20世紀末，在人類不斷自我反省的過程中，對於光伏發電這種清潔和直接的能源形式愈加重視，不僅在空間應用，在眾多民用領域中也大顯身手。如太陽能庭院燈、太陽能發電戶用係統、村寨供電獨立係統、光伏水泵、通信電源、石油輸油管道陰極保護、光纜通信泵站電源、海水淡化係統、城鎮路標、高速公路路標等。
歐美先進國家將光伏發電係統並入城市用電係統及邊遠地區自然村落供電係統。太陽能電池與建築係統結合，已經形成產業化趨勢。太陽能光伏玻璃幕牆將逐步代替普通玻璃幕牆。太陽能光伏玻璃幕牆具有反射光強度小、保溫性能好等特點。用雙玻璃光伏建築組件建成光伏屋頂，麵積93平方米，日發電量最高達到18千瓦，年發電量平均達到5000千瓦，可以節省約1900千克標準煤，減少排放二氧化碳6噸，在節省常規能源和減少二氧化碳排放方麵具有重要意義。
1980年，美國宇航局和能源部提出在空間建設太陽能發電站的設想，準備在同步軌道上放一個長10千米、寬5千米的大平板，上麵布滿太陽能電池，可提供500萬千瓦電力。這需要解決向地麵無線輸電問題。現已提出微波束、激光束等輸電方案。目前已用模型飛機實現短距離、短時間、小功率的微波無線輸電，但離實用還有漫長的路程。
太陽能電池分類 根據所用材料不同，太陽能電池可分為矽電池、多元化合物薄膜電池、聚合物多層修飾電極型電池、納米晶體電池4類，其中矽太陽能電池發展最成熟，在應用中居主導地位。
（1）矽太陽能電池
矽太陽能電池分為單晶矽電池、多晶矽薄膜電池和非晶矽薄膜電池3種。
單晶矽太陽能電池轉換效率最高，技術最為成熟，實驗室最高轉換效率為23%，規模生產效率為15%，在大規模應用和工業生產中占據主導地位。由於單晶矽成本高，需發展多晶矽薄膜和非晶矽薄膜作為單晶矽電池的替代產品。多晶矽薄膜電池與單晶矽比較，成本低廉，效率高於非晶矽薄膜電池，實驗室轉換效率最高為18%，工業規模生產效率為10%。因此，多晶矽薄膜電池不久將會在太陽能電池市場占據主導地位。非晶矽薄膜太陽能電池成本低，重量輕，轉換效率較高，便於大規模生產，潛力極大。但其受製於材料引發的光電效率衰退效應，穩定性不高，直接影響實際應用。如果進一步解決穩定性問題及提高轉換率問題，那麼，非晶矽太陽能電池無疑是太陽能電池主要發展產品之一。
（2）多元化合物薄膜太陽能電池
多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，主要包括砷化镓Ⅲ-V族化合物、硫化鎘及銅銦硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶矽薄膜太陽能電池高，成本較單晶矽電池低，易於大規模生產。由於鎘有劇毒，會對環境造成嚴重汙染，並不是晶體矽太陽能電池理想的替代產品。