太陽電池是制約太陽能利用的核心技術，自1954年發明太陽電池至今，全球科學工作者進行了堅持不懈的努力，目前已經進入第三代發展期。
第一代的太陽電池采用晶圓技術，材料以硅元素為主，其技術已相當成熟，目前占總產量的98％以上，其元件的使用壽命已超過25年，其最高效率為21.5%，由美國 Sun Power公司生產。而目前主流市場上的太陽電池為價格較低的多晶硅太陽電池，其效率在15％左右。 III - V 族材料可以制造更高效率（>25%）的太陽電池，但其昂貴的成本已使產品朝向高效率聚光電池發展。
第二代的太陽電池采用薄膜技術，制造程序較硅圓技術變化多且制作成本低。而達到供電力用的只有 CIS 電池，目前已在歐洲量產，效率為13%左右。其他較廉價但中等效率的太陽電池有微晶（約8%)、非晶硅（約10%)、 II - VI 族（約10%）已廣泛應用于消費電子產品，如手表與計算機中，還有多種可撓的產品面世。
第三代太陽電池包含所有正在創新、啟蒙中的新型太陽能光電技術。目 前分為兩大類，第一類是極高效率(>31%)的新型太陽電池，主要由 GaSb 、GaInSb 等熱能轉換晶體加在GaAs 光電池上，可使效率達到30%。 在單層太陽電池方面，其理論模擬鈦元素之量子點在GaP 或 GaAs 中有望 達到63.2%的高效率，但有待實驗的檢驗。第二類是廉價的可制作成大面 積的有機太陽電池，以染料敏化薄膜太陽電池為代表，含液態電解液，此類 電池實驗室達到11%的效率，商品化效率達到8%,并保證15年的壽命。 如開發成功商品化效率達到10%,有望使成本降低至25美元/m2, 達 到 普 及化要求。
各型太陽電池的光電轉換效率見表2.1,各類太陽電池的比較見表2.2。
表2.1 各型太陽電池的光電轉換效率 |
電池種類 | 半導體材料 | 模組轉換效率/% |
硅 | 結晶硅 | 單晶硅(晶圓型) | 13～20 |
多晶硅(晶圓型、薄膜型) | 10~15 |
非晶硅 | a-Si、a-SiO、a-SiGe | 5～~10 |
化合物半導體 | 二元素 | GaAs、CdTe(晶圓型) | 18～30 |
CdS、CdTe(薄膜型) | 7～10 |
三元素 | CuInSe2(薄膜型) | 20～40 |
染料敏化太陽電池(DSSC) | 10 |
有機薄膜太陽電池 | 1~5 |
表2 . 2各類太陽電池的比較 |
項 目 | 優 點 | 缺 點 |
硅晶電池 | 原料來源豐富，開發年限長，技術成熟 第一代中以單晶硅效率最高，多晶硅 次之，使用壽命長 | 工藝技術復雜，材料對光的吸收能 力差，電能再生水平低，對基板要求高 |
硅薄膜 | 成本較低，可以用彈性基板發展成熟， 可大規模生產 | 效率較低，穩定性差 |
銅銦鎵硒薄膜(CIS/CIGS) | 原物料穩定性最好，可以用彈性基板 | 成本相對較高，制造工藝未標準化， 銦與鎵儲量有限 |
鎘碲薄膜(CdTe) | 第二代中效率較高，可以用彈性基板， 發展成熟，可大規模生產 | 第二代中成本較高模組與基材占總 成本五成，鎘毒性高，碲儲量有限 |
染料敏化(DSSC) | 第三代中成本最低，材料使用最少，容 易制造大面積元件，用途廣泛 | 技術不夠成熟，不易商業化，封裝過 程較為復雜，在太陽光照射和高溫下 會出現嚴重劣化現象，效率最差 |
