Υπάρχουν τρεις βασικές γενιές ηλιακών κυψελών, αν και μία από αυτές δεν υπάρχει ακόμα και η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη. Χαρακτηρίζονται ως πρώτοι, δεύτεροι και τρίτοι και διαφέρουν ανάλογα με το κόστος και την αποτελεσματικότητά τους.
Η πρώτη γενιά είναι υψηλού κόστους, υψηλής απόδοσης. Αυτά τα ηλιακά κύτταρα κατασκευάζονται με τρόπο παρόμοιο με τους υπολογιστές, με χρήση εξαιρετικά καθαρού πυριτίου, χρησιμοποιούν μια ενιαία διασταύρωση για την εξαγωγή ενέργειας από φωτόνια και είναι πολύ αποδοτικά, πλησιάζοντας το μέγιστο της θεωρητικής απόδοσής τους στο 33%. Το 2007, τα προϊόντα πρώτης γενιάς αντιπροσώπευαν το 89.6% της εμπορικής παραγωγής, αν και έκτοτε το μερίδιο αγοράς μειώθηκε. Οι διαδικασίες παραγωγής που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τους είναι εγγενώς ακριβές, πράγμα που σημαίνει ότι αυτά τα κύτταρα μπορεί να χρειαστούν χρόνια για να πληρώσουν το κόστος αγοράς τους. Δεν θεωρείται ότι οι κυψέλες πρώτης γενιάς θα είναι σε θέση να παρέχουν ενέργεια πιο οικονομικά αποδοτική από τις πηγές ορυκτών καυσίμων.
Η δεύτερη γενιά, η οποία βρίσκεται υπό έντονη ανάπτυξη κατά τη δεκαετία του 1990 και τις αρχές της δεκαετίας του 2000, είναι κυψέλες χαμηλού κόστους και χαμηλής απόδοσης. Αυτά είναι συνήθως ηλιακά κύτταρα λεπτής μεμβράνης, σχέδια που χρησιμοποιούν ελάχιστα υλικά και φθηνές διαδικασίες κατασκευής. Τα πιο δημοφιλή υλικά που χρησιμοποιούνται για αυτόν τον τύπο είναι το σεληνιούχο γάλλιο του χαλκού, το τελλουρίδιο του καδμίου (CdTe), το άμορφο πυρίτιο και το μικρομορφικό πυρίτιο.
Ένα τυπικό παράδειγμα κυψελών δεύτερης γενιάς θα ήταν αυτά που κατασκευάζονται από τη Nanosolar, η οποία χρησιμοποιεί ένα ειδικό μηχάνημα για να εκτυπώνει τα κύτταρα με εξαιρετικά γρήγορο ρυθμό. Αν και αυτές οι κυψέλες έχουν μόνο 10-15% απόδοση μετατροπής, το μειωμένο κόστος υπερκαλύπτει αυτό το έλλειμμα. Τα κύτταρα δεύτερης γενιάς έχουν τη δυνατότητα να είναι πιο οικονομικά αποδοτικά από τα ορυκτά καύσιμα.
Τα ηλιακά κύτταρα τρίτης γενιάς αποτελούν απλώς ερευνητικό στόχο και στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν ακόμα. Στόχος της έρευνας για την ηλιακή ενέργεια είναι η παραγωγή κυψελών χαμηλού κόστους και υψηλής απόδοσης. Είναι πιθανό να πρόκειται για κύτταρα λεπτής μεμβράνης που χρησιμοποιούν νέες προσεγγίσεις για να επιτύχουν αποτελεσματικότητες της τάξης του 30-60%. Ορισμένοι αναλυτές προβλέπουν ότι οι κυψέλες τρίτης γενιάς θα μπορούσαν να αρχίσουν να εμπορεύονται κάπου γύρω στο 2020, αλλά αυτό είναι απλώς μια εικασία. Οι τεχνολογίες που σχετίζονται με προϊόντα τρίτης γενιάς περιλαμβάνουν φωτοβολταϊκά κύτταρα πολλαπλών συνδέσεων, διαδοχικές κυψέλες, κυψέλες νανοδομής για καλύτερη λήψη του προσπίπτοντος φωτός και χρήση υπερβολικής θερμικής παραγωγής για ενίσχυση τάσεων ή συλλογής φορέα.