Kristalni silicij
Trenutno najbolj pogost material za sončne celice je silicij. Kristalni silicij je lahko v dveh različnih oblikah; monokristal in polikristal. Med seboj se razlikujeta le v kristalni mreži. Monokristal je urejena kristalna mreža silicijevih atomov. V njegovi strukturi ni napak. Vsak Si atom je vezan s štirimi sosednjimi silicijevimi atomi, zaradi česar je struktura kristala zelo podobna diamantni strukturi. Polikristalni silicij je za razliko od monokristala sestavljen iz več posameznih kristalov. Ti kristali oziroma zrna imajo svoje mreže povsem naključno orientirane. Območja med temi zrni so mejna področja in imajo strukturne in površinske napake. V teh območjih lahko zato nastaja električno polje, ki vpliva zaviralno na transporte med zrni.
Silicijeve rezine so debele od 0.1-0.2 mm in so rezane iz monokristalnega ali polikristalnega ingota. Najboljše sončne celice iz kristalnega silicija imajo izkoristek okoli 26 %. Komercialne celice pa imajo izkoristke okoli 20-22 % za monokristalni silicij in 18-20 % za polikristalni silicij. Izkoristki komercialnih celic pa iz leta v leto naraščajo na račun optimizacij struktur in novih tehnologij.
Amorfni silicij
Amorfni polprevodnik je neurejen material, ki vsebuje veliko število strukturnih napak. V tem materialu so različne razdalje in koti med valenčno povezanimi atomi polprevodnika.
Amorfnosilicijeva sončna celica in njena zgradba.
Amorfne sončne celice so narejene iz amorfnega silicija, ki vsebuje nekaj procentov vodika. Vodik precej zmanjšuje učinke neurejenosti materiala in omogoča, da ga lahko dopiramo kot p ali n tip. Ker imata p in n plast amorfnega silicija povečano število strukturnih napak, je med njima vstavljena nedopirana (intrinsična) i-plast (glej sliko). Električno polje, ki nastane preko pn spoja, se v taki p-i-n diodi raztegne čez celotno i plast in omogoča ločevanje prostih nosilcev (elektronov in vrzeli).
Da bi zagotovili uspešno zbiranje svetlobno generiranih elektronov in vrzeli, morajo biti posamezne plasti v amorfnih sončnih celicah zelo tanke. Ker pa tanke celice ne bi absorbirale dovolj sončne svetlobe, jih običajno spojimo več zaporedno v tandemske celice.
Najboljši izkoristek amorfne silicijeve sončne celice je večji kot 13 % za večplastno strukturo.
Kadmijev telurid
Polprevodnik kadmijevega telurida (CdTe) lahko nanašamo na različne načine v obliki tankih plasti, ki so po primerni termični obdelavi primerne za sončne celice. Sončne celice so zgrajene z depozicijo kadmijevega sulfida (CdS) na CdTe. S tem se formira heterospoj. CdS lahko absorbira del sončne svetlobe. Večina celic je na površini prekrita s transparentnim prevodnim oksidom (TCO), ki skrbi za zgornjo elektrodo.
Rekord CdTe sončnih celic je 22 %. Moduli pa dosegajo izkoristke okoli 18 %.
Bakrov indijev/galijev diselenid (CIGS)
Bakrov indijev diselenid (CIS) je polprevodnik z izredno visoko absorpcijo, tako da že zelo tanke plasti močno absorbirajo sončni spekter. Energijska reža materiala je dokaj nizka (1eV) za sončno celico, zato je indij dostikrat nadomeščen z zlitino (zmesjo) indija in germanija. CIGS plasti dajejo s CdS izredno učinkovit heterospoj, pri čemer je CdS nanešen podobno kot pri CdTe kot tanka plast in je prevlečen s TCO.
Največji izkoristek CIGS celice je preko 20 %. Moduli dosegajo izkoristke okoli 16 %.
Perovskit
Perovskitne sončne celice (PSC) so nov razred fotovoltaičnih materialov, ki so zaradi odličnih optoelektronskih lastnosti in enostavnosti ter potencialno nizkih stroškov izdelave pritegnile veliko pozornosti. V letu 2021 je rekordna učinkovitost pretvorbe sončne energije v električno dosegla 25,5%, kar je primerljivo z najučinkovitejšimi, prevladujočimi silicijevimi sončnimi celicami.