Ada tiga generasi dasar sel surya, meskipun salah satunya belum ada, dan penelitian sedang berlangsung. Mereka ditetapkan sebagai yang pertama, kedua, dan ketiga, dan berbeda menurut biaya dan efisiensinya.
Generasi pertama adalah biaya tinggi, efisiensi tinggi. Sel surya ini diproduksi dengan cara yang mirip dengan komputer, melibatkan silikon yang sangat murni, menggunakan sambungan tunggal untuk mengekstrak energi dari foton, dan sangat efisien, mendekati efisiensi teoritis maksimum 33%. Pada tahun 2007, produk generasi pertama menyumbang 89.6% dari produksi komersial, meskipun pangsa pasar telah menurun sejak itu. Proses manufaktur yang digunakan untuk memproduksinya pada dasarnya mahal, artinya sel-sel ini mungkin membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk membayar biaya pembeliannya. Diperkirakan bahwa sel generasi pertama tidak akan mampu menyediakan energi yang lebih hemat biaya daripada sumber bahan bakar fosil.
Generasi kedua, yang telah dikembangkan secara intensif selama tahun 1990-an dan awal 2000-an, adalah sel berbiaya rendah dengan efisiensi rendah. Ini adalah sel surya film tipis yang paling sering, desain yang menggunakan bahan minimal dan proses manufaktur murah. Bahan yang paling populer digunakan untuk jenis ini adalah tembaga indium gallium selenide, cadmium telluride (CdTe), silikon amorf, dan silikon mikromorf.
Contoh standar sel generasi kedua adalah yang dibuat oleh Nanosolar, yang menggunakan mesin khusus untuk mencetak sel dengan kecepatan yang sangat cepat. Meskipun sel-sel ini hanya memiliki efisiensi konversi 10-15%, penurunan biaya lebih dari menutupi defisit ini. Sel generasi kedua berpotensi lebih hemat biaya daripada bahan bakar fosil.
Sel surya generasi ketiga hanya target penelitian dan belum benar-benar ada. Tujuan dari penelitian energi surya adalah untuk menghasilkan biaya rendah, sel efisiensi tinggi. Ini mungkin sel film tipis yang menggunakan pendekatan baru untuk mendapatkan efisiensi dalam kisaran 30-60%. Beberapa analis memperkirakan bahwa sel generasi ketiga dapat mulai dikomersialkan sekitar tahun 2020, tetapi ini hanya perkiraan. Teknologi yang terkait dengan produk generasi ketiga termasuk sel fotovoltaik multijunction, sel tandem, sel berstrukturnano untuk menangkap cahaya insiden dengan lebih baik, dan menggunakan pembangkit panas berlebih untuk meningkatkan voltase atau koleksi pembawa.