در منابع مختلف انواع گوناگونی از تقسيم بندی ها در زمينه سلول های خورشيدی انجام می شود. در اينجا نوعی از اين تقسيم بندی را که تا حدی براساس ترتيب زمانی پيدايش آنها نيز می باشد ارائه شده است.

1. سلول های خورشيدی مبتنی بر سيليکون کريستالی
رايج ترين ماده توده برای سلول خورشيدی، سيليکون کريستالی (c-Si) است. ماده توده سيليکون با توجه به نوع کريستال و اندازه کريستال به چندين بخش تقسيم می شود.
• سيليکون تک کريستالی (c-Si)
• سيليکون پلی کريستالی (poly-Si) يا چند کريستالی (mc-Si)

 
2. سلول های خورشيدی مبتنی بر سيليکون لايه نازک غير کريستالی (آمورف)
هزينه پايين يکی از مزايای سلول های خورشيدی برپايه سيليکون آمورف (a-Si) می باشد. دو جزء اصلی آلياژ a-Si ، سيليکون و هيدروژن است. علاوه براين، مشخصه يک آلياژ a-Si داشتن ضريب جذب بالاست. تنها يک لايه نازک برای جذب نور نياز است و اين باعث کاهش هزينه مواد می شود.

3. سلول های خورشيدی لايه نازک GaAs
اولين لازمه موادی که بايد در يک قطعه مبدل انرژی فتوولتائيک خورشيدی به کار برود، تطبيق گاف انرژی با طيف خورشيدی و نيز داشتن قابليت تحرک بالا و طول عمر حامل های زياد می باشند. اين شرايط توسط بسياری از ترکيبات II-VI ، III-V و Si برآورده می شوند. مواد گروه III – Vعلی رغم هزينه های بالای استحصال و ساخت اين نيمه هادی ها، با موفقيت زياد در کاربردهای فضايی که در آنها هزينه، فاکتور مهمی نيست مورد استفاده قرار گرفته اند. در سال 1961، Shockley و Queisser با در نظر گرفتن يک سلول خورشيدی پيوندی به شکل يک جسم سياه با دمای 300 کلوين نشان دادند که بيشترين بازدهی يک سلول خورشيدی صرف نظر از نوع تکنولوژی بکار رفته در آن، 30% است که برای سلولی با گاف انرژی ماده برابر 1.39eVبدست می‌آيد. با توجه به اينکه انرژی شکاف گاليم آرسنايد برابر 1.424eV است می تواند ماده مناسبی برای طراحی سلول های خورشيدی باشد.سلول های خورشيدی ساخته شده برپايه لايه نازک GaAs به عنوان نسل دوم سلول های خورشيدی نامگذاری می شوند.

4. سلول های خورشيدی مبتنی بر مواد آلی
سلولهای خورشيدی ساخته شده از مواد آلی در مقايسه با همتايان ديگر خود بازده بسيار کمتری دارند. اما به دليل هزينه ساخت پايين و همچنين قابليت هايی مانند انعطاف پذيری برای مصارف غيرصنعتی مناسب هستند. انواعی از سلول های خورشيدی مبتنی بر مواد آلی شامل سلول های خورشيدی حساس به رنگ، سلول های خورشيدی پليمری و سلول های خورشيدی مبتنی بر کريستال های مايع هستند.
• سلول های خورشيدی حساس به رنگ (DSSC )
ساختار پايه يک DSSC وارد کردن بهينه يک نيمه هادی نوع n شفاف (با شکاف انرژی پهن) در يک شبکه ای از ستون ها در ابعاد نانو در تماس با نانوذره ها يا برآمدگی های مرجانی شکل است.

شکل 1) شماتيک يک سلول خورشيدی حساس به رنگ

 S. J. Fonash, Solar Cell Device Physics (Second Edition) Elsevier, 2010.

سطح شبکه بزرگ طراحی می شود و هرقسمت آن با يک تک لايه ای از يک رنگ يا پوششی از نقاط کوانتومی، که به عنوان رنگ عمل می کنند، پوشانده می شود. سپس يک الکتروليت برای نفوذ ساختار شبکه پوشش داده شده حاصل، مورد استفاده قرار می گيرد تا يک کانال يا مجرايی بين رنگ و آند ايجاد کند. رنگ نور را جذب می کند و توليد اکسيتون  می کند ، که در سطح مشترک رنگ – نيمه هادی تفکيک می شود و منجر به ايجاد الکترون ها توسط فوتون برای نيمه هادی و مولکول های رنگ اکسيد شده به وسيله الکتروليت (که بايد کاهش يابند و دوباره توليد شوند) می شود.
• سلول های خورشيدی پليمری
سلول های خورشيدی پليمری دارای ويژگی های خاصی هستند. چون مواد اکتيو استفاده شده برای ساخت قطعات قابل حل شدن در حلال های آلی بسياری هستند، بنابراين سلول های خورشيدی پليمری دارای پتانسيل لازم برای انعطاف پذيری و قابليت ساخت در يک فرايند چاپ پيوسته همانند چاپ روزنامه را دارند.

شکل 2) قابليت ساخت سلول های خورشيدی پليمری به صورت يک فرايند ساخت پيوسته

Nat. Photonics, vol. 2, p. 287–289, 2008

اخيرا بازده تبديل توان حدود 6% گزارش شده است ولی اين مقدار با مقادير لازم برای کاربردهای معمول فاصله دارد.
• سلول های خورشيدی مبتنی بر کريستال های مايع
در نمونه ای از سلول های خورشيدی از اين نوع از کريستال های مايع ستونی برای ساخت سلول استفاده می شود. گروهی از کريستال‌های مايع می‌توانند به حالت ستونی وجود داشته باشند. حالت ستونی حالتی است که مولکول‌های تشکيل‌دهنده کريستال‌های مايع که می‌توان آنها را به ديسکی تشبيه کرد روی هم قرار گرفته و ستون‌هايی را تشکيل می‌دهند. در ابتدا اين گروه از کريستال‌های مايع، کريستال‌های مايع ديسکی ناميده می‌شدند. زيرا هر ستون از روی هم چيده شدن صفحات ديسک مانند مولکول‌ها روی هم درست می‌شود. تحقيقات اخير نشان داده‌است که بعضی از کريستال‌های مايع ستونی از واحدهای غير ديسکی ساخته می‌شوند در نتيجه بهتر است به اين گروه از مواد کريستال‌های مايع ستونی گفته شود.

يک فاکتور محدود کننده برای بازده تبديل انرژی در سلول های خورشيدی با يک شکاف انرژی اين است که انرژی فوتون جذب شده بالای شکاف انرژی نيمه هادی در اثر اندرکنش الکترون – فونون به صورت گرما تلف می شود تا حامل ها به لبه شکاف باند انرژی رسيده و به اصطلاح به آرامش  برسند.

شکل 3) سلول خورشيدی مبتنی بر نقاط کوانتومی

(IEEE Transactions on electron devices, vol. 49, pp. 1632-1639, 2002.)

در سال های اخير روشهايی برای کاهش اين تلفات با استفاده از ساختارهای کوانتومی از جمله چاه های کوانتومی و نقاط کوانتومی ارائه شده است.

شکل 4) بهبود بازده فتوولتائيک در سلول های خورشيدی نقطه کوانتومی با استفاده از يونيزاسيون ضربه ای (اثر اوژهمعکوس) (Phys. Rev. B, vol. 60, pp. R2181-R2184, 1999.)

در اين ساختارها هنگامی که حامل ها در نيمه هادی به وسيله سد های پتانسيل به نواحی خاصی که کوچکتر يا قابل مقايسه با طول موج دوبروی آنها يا شعاع بوهر اکسيتون ها در نيمه هادی توده  است محدود می شوند، ديناميک آرامش کاملا متفاوت خواهد بود