太 陽 電 池 的 材 料
太陽輻射之光譜，主要是以可見光為中心，其分佈範圍從0.3微米 (μm)之紫外光到數微米之紅外光為主，若換算成光子的能量，則約在0.4 eV(電子伏特)到4eV之間，當光子的能量小於半導體的能隙(energy bandgap)，則光子不被半導體吸收，此時半導體對光子而言是透明的。當光子的能量大於半導體的能隙，則相當於半導體能隙的能量將被半導體吸收，產生電子-電洞對，而其餘的能量則以熱的形式消耗掉。因此製作太陽電池材料的能隙，必須要仔細地選擇，才能有效地產生電子-電洞對。一般來說，理想的太陽電池材料必須具備有下列特性：
能隙在1.1eV到1.7eV之間。
直接能隙半導體。
組成的材料無毒性。
可利用薄膜沉積的技術，並可大面積製造。
有良好的光電轉換效率。
具有長時期的穩定性。
我們知道矽的能隙為1.12eV，且矽為間接能隙半導體，它對光的吸收性不好，所以矽在這方面並非是最理想的材料，但是在另方面，矽乃地球上蘊含量第二豐富的元素，且矽本身無毒性，它的氧化物穩定又不具水溶性，因此矽在半導體工業的發展，已具有深厚的基礎，目前太陽電池仍舊以矽為主要材料。
矽原子依據不同的結晶方式，可區分成單晶矽、多晶矽及非晶矽。單晶矽的組成原子均按照一定的規則，週期性的排列，它的製作方法是把矽金屬(純度為99.999999999%，11個9)熔融於石英坩堝中，然後把晶種(seed)插入液面，以每分鐘轉2~20圈的速率旋轉，同時以每分鐘0.3~10毫米(mm)的速度緩慢的往上拉引，如此即可形成一直徑4~8吋單晶矽碇(ingot)，此製作方法稱為柴氏長晶法(Czochralski Method)。用單晶矽製成的太陽電池，效率高且性能穩定，目前已廣泛應用於太空及陸地上。
多晶矽的矽原子堆積方式不只一種，它是由多種不同排列方向的單晶所組成。多晶矽是以熔融的矽鑄造固化製成，因其製程簡單，所以成本較低。目前由多晶矽所製作出的太陽電池產量，已經逐漸超越單晶矽的太陽電池。
非晶矽乃是指矽原子的排列非常紊亂，沒有規則可循。一般非晶矽是以電漿式化學氣相沈積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，簡稱PECVD)，在玻璃等基板上成長厚度約1微米(μm)左右的非晶矽薄膜，因為非晶矽對光的吸收性比矽強約500倍，所以對非晶矽而言只需要薄薄的一層就可以把光子的能量有效的吸收。而且不需要使用價格昂貴的結晶矽基板，改採用價格較便宜的玻璃、陶瓷或是金屬等基板，如此不僅可以節省大量的材料成本，也使得製作大面積的太陽電池成為可能(結晶矽太陽電池的面積受限於矽晶圓的尺寸)。當非晶矽太陽電池剛被發明時，由於具有低成本、製作簡易且可大面積製造等優點，有學者預言將有可能取代結晶矽太陽電池，因此曾經引起廠商的興趣投入生產，從1985年到1990年初期非晶矽太陽電池的比例曾經到達全世界太陽電池總量的三分之一。但是近幾年非晶矽太陽電池的生產比例有逐漸下滑的趨勢，影響非晶矽太陽電池發展的主要因素就是穩定度的問題。由於非晶矽材料在強烈的光線照射下，將會產生缺陷而導致電流下降(即所謂的Staebler-Wronski效應)，發生供電不穩定的問題。雖然目前有人採用雙重接面(a-Si/a-SiGe)電池來提升它的穩定度，但是，對於消費者的接受度上，仍有值得努力發展的空間。
除了上述以矽為主的太陽電池材料外，還有各種不同的化合物半導體材料陸續被研發出來。主要的材料有：GaAs、GaInP、InGaAs、CdTe、CuInSe２(CIS)、CuInGaSe２(CIGS)等。這些材料所製作出的太陽電池都有很高的效率，但是因為製程的成本較高，所以只有應用於少數特殊的用途。