Οι δύο κύριοι τρόποι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο είναι τα φωτοβολταϊκά λεπτής μεμβράνης (PV) και διάφορα είδη κρυσταλλικού πυριτίου. Το PV λεπτής μεμβράνης περιλαμβάνει την επίστρωση ενός υλικού υποστρώματος με μία ή περισσότερες ενώσεις ημιαγωγών. Αυτές οι λεπτές μεμβράνες αποτελούνται συνήθως από άμορφο πυρίτιο, σεληνίδιο του γαλλίου χαλκού ινδίου ή τελλουρίδιο του καδμίου. Άλλα φωτοβολταϊκά συστήματα λεπτής μεμβράνης χρησιμοποιούν χρωστικές ή οργανικές ενώσεις. Καθένα από αυτά τα υλικά μπορεί ουσιαστικά να χρησιμοποιήσει το ηλιακό φως για να δημιουργήσει ηλεκτρική ενέργεια μέσω της διαδικασίας φωτοβολταϊκών.
Μερικές από τις πρώτες φωτοβολταϊκές κυψέλες λεπτής μεμβράνης χρησιμοποιήθηκαν για την τροφοδοσία μικρών ηλεκτρονικών ειδών όπως οι αριθμομηχανές. Η τεχνολογία έχει βελτιωθεί έκτοτε, και οι φθηνές φωτοβολταϊκές κυψέλες λεπτής μεμβράνης ενδέχεται να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια με ή κάτω από το κόστος της ισχύος του δικτύου σε ορισμένες περιπτώσεις. Αυτά τα ηλιακά κύτταρα κατασκευάζονται με την εναπόθεση μιας ουσίας που έχει φωτοβολταϊκό δυναμικό σε ένα υλικό υποστρώματος. Τόσο το υπόστρωμα όσο και ο φωτοβολταϊκός ημιαγωγός μπορεί να διαφέρουν σε σύνθεση, οδηγώντας σε μια μεγάλη ποικιλία διαφορετικών κυψελών λεπτής μεμβράνης. Οι μικρότερες κυψέλες λεπτής μεμβράνης έχουν πάχος μόνο μερικά νανόμετρα, αν και άλλες είναι πολύ παχύτερες και οι κυψέλες που διατίθενται στο εμπόριο χρησιμοποιούν πιο ουσιαστικά υλικά υποστρώματος.
Εκτός από τις φωτοβολταϊκές ενώσεις και τα υλικά υποστρώματος, οι κυψέλες λεπτής μεμβράνης περιλαμβάνουν επίσης αντιανακλαστικές και διαφανείς επικαλύψεις και ωμικές επαφές. Λειτουργούν παρόμοια με τα παραδοσιακά ηλιακά κύτταρα, καθώς τα φωτόνια από το ηλιακό φως χτυπούν τον φωτοβολταϊκό ημιαγωγό και προκαλούν ορισμένα από τα άτομα των συστατικών να χάνουν ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται με αυτόν τον τρόπο τείνουν να μετακινούνται στις ωμικές επαφές ως ηλεκτρική ενέργεια. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα λεπτής μεμβράνης παρουσιάζουν συνήθως χαμηλή απόδοση, αν και είναι επίσης αρκετά φθηνή στην παραγωγή τους. Αυτό μπορεί να επιτρέψει σε μεγάλες εγκαταστάσεις να παράγουν σημαντική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας.
Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα λεπτής μεμβράνης διατίθενται συνήθως στο εμπόριο σε μακριές λωρίδες. Αυτός ο τύπος υλικού μπορεί να είναι κατάλληλος για την εγκατάσταση ηλιακών στέγης. Δεδομένου ότι οι κυψέλες λεπτής μεμβράνης είναι συνήθως λιγότερο ακριβές από τις παραδοσιακές ηλιακές κυψέλες, μπορεί να είναι πιο προσιτό να καλύψετε μια ολόκληρη στέγη. Το χαμηλότερο βάρος που σχετίζεται με το λεπτό φιλμ μπορεί επίσης να δημιουργήσει μικρότερο φορτίο καταπόνησης από έναν παρόμοιο αριθμό ηλιακών συλλεκτών.
Τα παραδοσιακά, ογκώδη ηλιακά πάνελ κατασκευάζονται συνήθως από κρυσταλλικό πυρίτιο και άλλα παρόμοια υλικά. Αυτά τα ηλιακά κύτταρα λειτουργούν με τις ίδιες βασικές αρχές με τα φωτοβολταϊκά λεπτής μεμβράνης, αν και σε κάπως διαφορετική κλίμακα. Η τεχνολογία κρυσταλλικού πυριτίου τείνει να είναι πιο δαπανηρή από άλλα φωτοβολταϊκά και έχει επίσης δει βελτιώσεις με βάση την έρευνα σε λεπτές μεμβράνες. Εκτός από το ότι είναι πιο ακριβά, αυτά τα ηλιακά πάνελ μπορούν επίσης να είναι πιο αποτελεσματικά από συγκρίσιμες εγκαταστάσεις λεπτής μεμβράνης.