Det finns tre grundläggande generationer av solceller, även om en av dem inte riktigt existerar ännu, och forskning pågår. De är betecknade som första, andra och tredje och skiljer sig åt beroende på kostnad och effektivitet.
Den första generationen är hög kostnad, hög effektivitet. Dessa solceller tillverkas på ett sätt som liknar datorer, som involverar extremt rent kisel, använder en enda korsning för att extrahera energi från fotoner och är mycket effektiva och närmar sig sin teoretiska verkningsgrad på maximalt 33 %. 2007 stod första generationens produkter för 89.6 % av den kommersiella produktionen, även om marknadsandelen har minskat sedan dess. Tillverkningsprocesserna som används för att producera dem är i sig dyra, vilket innebär att dessa celler kan ta år att betala för sina inköpskostnader. Man tror inte att första generationens celler kommer att kunna ge energi mer kostnadseffektivt än fossila bränslen.
Den andra generationen, som har varit under intensiv utveckling under 1990-talet och början av 2000-talet, är lågkostnadsceller med låg effektivitet. Dessa är oftast tunnfilmssolceller, konstruktioner som använder minimala material och billiga tillverkningsprocesser. De mest populära materialen som används för denna typ är kopparindiumgalliumselenid, kadmiumtellurid (CdTe), amorft kisel och mikromorft kisel.
Ett standardexempel på andra generationens celler skulle vara de som tillverkas av Nanosolar, som använder en speciell maskin för att skriva ut cellerna i extremt snabb takt. Även om dessa celler endast har 10-15 % konverteringseffektivitet, kompenserar den minskade kostnaden mer än detta underskott. Andra generationens celler har potential att vara mer kostnadseffektiva än fossila bränslen.
Tredje generationens solceller är bara ett forskningsmål och existerar inte riktigt än. Målet med solenergiforskningen är att producera lågkostnadsceller med hög effektivitet. Detta är sannolikt tunnfilmsceller som använder nya metoder för att uppnå effektivitet i intervallet 30-60 %. Vissa analytiker förutspår att tredje generationens celler kan börja kommersialiseras någon gång runt 2020, men detta är bara en gissning. Teknologier förknippade med tredje generationens produkter inkluderar multijunction solceller, tandemceller, nanostrukturerade celler för att bättre ta upp infallande ljus och användning av överskott av termisk generering för att förbättra spänningar eller bäraruppsamling.