硅基电池包括多晶硅、单晶硅和非晶硅电池三种。产业化晶体硅电池的效率可达到14%～20%(单晶体硅电池16%～20%，多晶体硅14%～16%)。目前产业化太阳电池中，多晶硅和单晶硅太阳电池所占比例近90%。硅基电池广泛应用于并网发电、离网发电、商业应用等领域。
(1)单晶硅太阳能电池单晶太阳电池板硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高（16%～20%），技术也最为成熟。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。
提高转化效率主要是单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19.44%，国内北京市太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm × 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm ×5cm）转换效率达18.6%。 单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下。
（2）多晶硅太阳电池
多晶硅太阳电池成本低，转化效率较高（14%～16%），生产工艺成熟，占有主要光伏市场，是现在太阳电池的主导产品。多晶硅太阳电池已经成为全球太阳电池占有率最高的主流技术。但多晶硅太阳电池效率低于单晶硅电池。比较单位成本发电效率，两者接近。
（3）非晶硅太阳电池
非晶硅的优点在于其对于可见光谱的吸光能力很强（比结晶硅强500倍），所以只要薄薄的一层就可以把光子的能量有效吸收。而且这种非晶硅薄膜生产技术非常成熟，不仅可以节省大量的材料成本，也使得制作大面积太阳电池成为可能。主要缺点是转化率低（5%-7%），而且存在光致衰退(所谓的S-W效应，即光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，使电池性能不稳定)。因此在太阳能发电市场上没有竞争力，而多用于功率小的小分型电子产品市场。如电子计算器、玩具等。
在1980年代，非晶硅是唯一商业化的薄膜型太阳电池材料，当年非晶硅太阳电池出现，曾引起大量投入。从1985到1990年初，非晶硅太阳电池的比例曾创下全球太阳电池总量三分之一，但之后却因为稳定性不佳问题未能获得有效改善，使得产量下滑。 依据材料种类不同，薄膜电池可细分为：微晶硅薄膜硅太阳电池（Thin Film Crystalline Silicon Solar Cell，简称c-Si）；非晶硅薄膜太阳电池（Thin Film Amorphous Silicon Solar Cell，简称a-Si）、Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳电池（碲化镉（CdTe）、硒化铟铜）、Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、磷化镓铟（InGaP）。除了Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池可以利用多层薄膜结构达到高于30%以上的转换效率外，其他的集中薄膜型太阳电池效率一般多在10%以下。
目前已产业化的薄膜光伏电池材料有三种：非晶硅 (a-Si)、铜铟硒(CIS， CIGS) 和碲化镉(CdTe)，其中，非晶硅薄膜电池生产比重最大。2007年，占全球总产量的5.2%。
（1） Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池
典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池为砷化镓（GaAs）电池，转换率达到30%以上，这是因为Ⅲ-Ⅴ族是具有直接能隙的半导体材料，仅仅2um厚度，就可在AM1的辐射条件下吸光97%左右。在单晶硅基板上，以化学气相沉积法成长GaAs薄膜所制成的薄膜太阳电池，因效率较高，应用在太空。而新一代的GaAS多接面太阳电池，因可吸收光谱范围高，所以转换效率可达到39%以上，是目前转换效率了最高的太阳电池种类。而且性能稳定，寿命也相当长。不过这种电池价格昂贵，平均每瓦价格可高出多晶硅太阳电池数十倍以上，因此不是民用主流。
因为具有直接能隙及高吸光系数，而且耐反射损伤性佳且对温度变化不敏感，所以适合应用在热光伏特系统（thermophotovolaics TRV）、聚光系统（concentrator system）及太空等三个主要领域。
从2007年8月开始，砷化镓电池从卫星上的使用转变为聚光的太阳能发电站的规模应用。砷化镓高效聚光电池在国外正在被证明是低成本规模建造太阳能电站的有效途径。
（2）Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳电池
Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳电池包括碲化镉薄膜电池和铜铟镓硒薄膜电池。
碲化镉电池具有直接能隙，能隙值为1.45eV，正好位于理想太阳电池的能隙范围内。此外，具有很高的吸光系数。成为可以获得高效率的理想太阳电池材料之一。此外，可利用多种快速成膜技术制作，由于模组化生产容易，因此近年来商业性表现较佳，CdTe/glass已经用于大面积屋顶材料。但镉污染问题是发展该薄膜电池的一项隐患。不过美国和德国已经推行CdTe太阳电池回收及再生机制，为市场注入正面力量。由于该电池制作过程耗时只有几分钟，易于快速批量生产，因此美国方面相当看好市场前景。认为未来可能超过非晶硅太阳电池占有量。
铜铟镓硒吸光范围非常广，而且户外环境下稳定性相当好。由于其具有高转换效率和低材料制造成本，因此被视为未来最有发展潜力的薄膜电池种类之一。在转换效率方面，若利用聚光装置的辅助，目前转换效率已经可以达到30%左右，在标准环境测试下最高也达到了19.5%水平，可以和单晶硅太阳电池媲美。除了适合用在大面积的地表用途外，Cu（InGa）Se2太阳电池也具有抗辐射损伤能力，所以也具有应用在太空领域潜力。经过30年发展，CIGS电池普及性仍然不高。小规模的量产阶段并未明确看到它被世人期待的成本优势。因此，如何使得太阳电池量产技术成熟化大幅降低制造成本是未来努力的课题。另一个发展方向，是发展比较宽能隙（大于1.5eV）的CIGS技术，而不会造成效率损失。发展可以制造高品质的CIGS薄膜低温制造过程，也是降低制造成本的一个重点。在低材料成本及高模组效率的市场潜力吸引下，近年来，除了Shell Solar，Wrth Solar， Showa Shell，ZSW等持续投入研发外，甚至本田也跟进生产。CIGS太阳电池发展的隐患是In及Ga的蕴藏量有限，在其他半导体及光电产业竞相使用下，可能面临目前硅材料不足的同样问题。同时，制造工艺复杂，投资成本高，因而制约市场成长；CdS具有潜在毒性的缺点，因此限制了市场发展。 美国Toledo大学在柔性衬底非晶硅太阳电池领域的研究处于世界领先地位，其单结非晶硅锗电池实验室初始效率达到了13%，他们的技术团队参与组建了MWOE和Xunlight公司，并在积极筹划更大的产能。
日本在柔性衬底太阳电池的研究方面也走在世界前列。在日本，Sharp公司、Sanyo公司、TDK公司、Fuji公司都投入了大量人力、物力从事柔性衬底非晶硅太阳电池的研制，已经建成了多条兆瓦量级的聚酯膜柔性电池生产线。
Sanyo公司最早在无人驾驶的太阳能飞机上采用了柔性衬底非晶太阳电池作为能源，完成了横跨美洲大陆的飞行，显示了柔性非晶薄膜太阳电池作为飞行器能源的巨大潜力。Sharp公司、TDK公司在聚酯膜上制备的非晶硅太阳电池目前已能生产面积为286cm2的组件，效率已达8.1%，小面积电池的效率已达11.1%。Fuji公司a-Si/a-SiGe叠层电池稳定效率达到9%，在日本Kumamoto建立了工厂，塑料衬底非晶硅电池的产量2006年达15MW。
欧盟则联合其成员国的多个研究机构组织包括Neuchatel大学、VHF-technologies公司、Roth&Rau公司等开展了聚酯膜衬底柔性电池的联合攻关，目前已经实现了小批量的生产线。欧盟于2005年10月1日启动了''FLEXCELLENCE''项目，为期3年，目标是开发出高效率薄膜电池组件卷对卷生产的设备和工艺，建成50兆瓦以上的柔性电池生产线，并希望将生产成本控制在每瓦0.5欧元。据2007年的报道，目前Neuchatel大学的聚酯膜衬底非晶硅叠层电池实验室效率达到10.8%，VHF-technologies公司的年产能为25MW。
我国的柔性衬底薄膜电池的研究进展较慢。哈尔滨chrona公司在90年代中期曾研制出柔性聚酰亚胺衬底上的非晶硅单结薄膜电池，电池初始效率为4.63%，功率重量比为231.5W/kg，但此后进展不大。近年来南开大学在柔性衬底非晶硅薄膜电池方面的研究取得了一定的进展，他们在0.115cm2的聚酰亚胺衬底上获得单结薄膜电池的初始效率为4.84%，功率重量比为341W/kg。
柔性衬底电池的产业化方面，目前天津津能电池有限公司在建6MW非晶硅柔性电池生产线，30MW生产线已经开始了项目论证，新疆天富光伏光显有限公司在建1MW非晶硅柔性电池生产线，未来准备建立8MW。这两家公司都由于设备及技术由国外进口，预计电池成本偏高。总的来说，国内目前具备了非晶硅薄膜电池研制的技术基础，但是在柔性衬底上的研究还处于刚刚起步的阶段，和国外的差距较大。