Nel cosiddetto silicio monocristallino il reticolo è ordinato e continuo e permette un agevole trasporto elettronico. Larghi monocristalli sono molto rari in natura e vanno costosamente prodotti in laboratorio, mentre i policristalli sono molto più economici. Il silicio policristallino è costituito da diversi monocristalli di piccole dimensioni: l’interfaccia fra i grani disturba l’ordine, ovvero introduce stati trappola che aumentano la ricombinazione dei portatori. Nel silicio amorfo, invece, gli atomi sono privi di ordinamento a lungo raggio e formano un reticolo casuale: molti atomi non hanno quattro legami, originando numerosi difetti il cui numero può essere ridotto introducendo dell’idrogeno. Il silicio amorfo idrogenato (a-Si:H) è molto economico e ha coefficiente di assorbimento molto maggiore del mono o policristallino; può essere prodotto a basse temperature e quindi depositato su substrati plastici dal basso costo e bassa temperatura di transizione, e può essere utilizzato in dispositivi elettronici sebbene sia soggetto a fotodegradazione.

            Per cella al silicio monocristallino si intende la tipica giunzione p-n fatta su un wafer di silicio monocristallino-p con superficie di circa , spessore sui  per assorbire quanta più luce possibile, e basso drogaggio () per aumentare la lunghezza di diffusione. L’emettitore silicio monocristallino-n è fortemente drogato () per ridurre la resistenza in serie. Lo strato n deve essere abbastanza sottile da permettere alla maggior parte della luce di raggiungere la base, ma abbastanza spesso per abbattere la resistenza in serie. La raccolta di corrente dell’emettitore è trascurabile a causa della notevole ricombinazione all’interno di uno strato altamente drogato. La superficie superiore è ricoperta da un mezzo antiriflettente, ed è collegata elettricamente all’inferiore prima che entrambe siano incapsulate in un rivestimento. Viene però principalmente usato il silicio policristallino, poiché permette di realizzare dispositivi moderatamente efficienti usando tecniche simili a quelle utilizzate per il silicio monocristallino, ma con minori costi di produzione.

Le celle solari a film sottile sono accomunate dalla deposizione di uno o più strati di materiale fotovoltaico su opportuno substrato. Rientrano in questa categoria: dye-sensitized solar cells, celle organiche, celle al silicio amorfo (a-Si) o tellururo di cadmio (CdTe) o seleniuro di rame indio gallio (CuIn_1-xGa_xSe₂ o CIGS). Il CIGS è un semiconduttore a gap diretto variabile da  (CuInSe₂ o CIS) a  (CuGaSe₂ o CGS) con coefficiente d’assorbimento molto maggiore di ogni altro semiconduttore utilizzato nei pannelli solari: più di  per fotoni di energia superiore a . Tali film sottili possono essere depositati su larghe superfici di substrati economici come vetro o plastica e permettono la produzione di moduli già durante tale deposizione. Lo svantaggio rispetto alle celle in silicio mono o policristallino è la minor efficienza, dovuta al peggior trasporto di carica causato a sua volta dalla minor purezza del mezzo. Fra le celle a film sottile, vengono principalmente utilizzate eterogiunzioni fra emettitore in solfuro di cadmio drogato n (CdS-n) e base CIS-p leggermente drogata, con struttura e meccanismo analogo a quanto riportato per il silicio monocristallino.

Su una cella solare costituita con un solo elemento assorbitore i fotoni a  sono persi mentre l’energia in eccesso al gap è dissipata in calore. Utilizzando diversi strati fotovoltaici con diversi gap possono invece essere convertite in corrente porzioni più ampie dello spettro solare, aumentando l’efficienza. Celle fotovoltaiche a multigiunzione utilizzano strati di diversi semiconduttori III-V con appositi gap e analoga costante reticolare: il materiale a gap maggiore è posto in cima, assorbe i fotoni a  e lascia passare gli altri, che vengono assorbiti nei sottostanti strati a gap progressivamente inferiore. Utilizzando come strato superiore In_.5Ga_.5P o In_.53Ga_.47P (gap rispettivamente pari a  e ) e come strati inferiori GaAs () e Ge () si ottengono celle con efficienze del 30% circa. Utilizzando ulteriori strati compresi fra arseniuro di gallio e germanio sono stati realizzati prototipi con efficienze superiori al 40% (figura 13).