Postoje tri osnovne generacije solarnih ćelija, iako jedna od njih još ne postoji, a istraživanja su u tijeku. Označeni su kao prvi, drugi i treći, a razlikuju se po cijeni i učinkovitosti.
Prva generacija je skupa i učinkovita. Ove solarne ćelije proizvedene su na način sličan računalima, uključuju iznimno čisti silicij, koriste jedan spoj za izvlačenje energije iz fotona i vrlo su učinkovite, približavajući se svojoj teoretskoj učinkovitosti od maksimalno 33%. U 2007. godini proizvodi prve generacije činili su 89.6% komercijalne proizvodnje, iako je od tada tržišni udio opao. Proizvodni procesi koji se koriste za njihovu proizvodnju su sami po sebi skupi, što znači da tim stanicama mogu potrajati godine da plate svoje troškove kupnje. Ne smatra se da će ćelije prve generacije moći osigurati energiju isplativiju od izvora fosilnih goriva.
Druga generacija, koja je bila u intenzivnom razvoju tijekom 1990-ih i ranih 2000-ih, su jeftine stanice niske učinkovitosti. To su najčešće tankoslojne solarne ćelije, dizajna koji koriste minimalne materijale i jeftine proizvodne procese. Najpopularniji materijali koji se koriste za ovu vrstu su bakar indij galij selenid, kadmij telurid (CdTe), amorfni silicij i mikromorfni silicij.
Standardni primjer ćelija druge generacije bile bi one koje proizvodi Nanosolar, koji koristi poseban stroj za ispis stanica iznimno brzom brzinom. Iako te ćelije imaju samo 10-15% učinkovitosti pretvorbe, smanjeni trošak više nego nadoknađuje ovaj nedostatak. Ćelije druge generacije imaju potencijal da budu isplativije od fosilnih goriva.
Solarne ćelije treće generacije samo su cilj istraživanja i još ne postoje. Cilj istraživanja solarne energije je proizvesti jeftine ćelije visoke učinkovitosti. To će vjerojatno biti tankoslojne ćelije koje koriste nove pristupe za postizanje učinkovitosti u rasponu od 30-60%. Neki analitičari predviđaju da bi se ćelije treće generacije mogle početi komercijalizirati negdje oko 2020. godine, ali to je samo nagađanje. Tehnologije povezane s proizvodima treće generacije uključuju višeslojne fotonaponske ćelije, tandemske ćelije, nanostrukturirane ćelije za bolje pohvatanje upadne svjetlosti i korištenje viška toplinske proizvodnje za povećanje napona ili prikupljanja nosača.