Der zentrale Baustein eines PV-Generators ist die Solarzelle. Inzwischen stehen eine große Zahl von Halbleitermaterialien für die Herstellung von Solarzellen zur Verfügung. Das wichtigste Element ist nach wie vor das Silizium. Es wird in drei Varianten hergestellt:

• Das teure, aber sehr reine monokristalline Silizium ist sehr aufwendig in der Herstellung, weist aber die besten Wirkungsgrade für die Umwandlung der Strahlungsenergie auf.
  
  
• Polykristallines Silizium ist einfacher und kostengünstiger in der Herstellung, die geringere Reinheit des Materials führt jedoch auch zu etwas schlechteren Wirkungsgraden, die sich in einem größeren Aufwand für die erforderliche Generatorfläche, Gestelle und Landverbrauch niederschlagen.
  
  
• Noch billiger in der Herstellung sind Dünnschichtzellen aus amorphem Silizium, allerdings ist der Wirkungsgrad und die Lebensdauer gegenüber den kristallinen Zellen stark herabgesetzt, was die Kostenvorteile weitgehend wieder ausgleicht.

Neben Materialien aus Silizium ist noch eine Vielzahl weiterer Materialien und Materialkombinationen in der Erprobung und Entwicklung. Vor allem im Bereich der Dünnschichttechnologie, die mit deutlich weniger Material als die kristallinen Zellen auskommt, werden starke Kostensenkungen erwartet.

Die wichtigsten Materialien für Solarzellen sind neben dem amorphen Silizium z.B. Gallium-Arsenid (GaAs), Germanium (Ge), Cadmium-Tellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Diselenid (CIS).

Ein vielversprechendes Konzept für die Zukunft ist das der sogenannten Tandemzellen. Hier werden mehrere Halbleitermaterialien so kombiniert, daß sie einen größeren Bereich des Spektrums des Sonnenlichtes ausnutzen können. Bei Laborzellen aus einer Kombination aus Gallium-Arsenid und Gallium-Antimon wurden unter konzentriertem Licht Wirkungsgrade gemessen, die deutlich über denen einfacher Solarzellen lagen.