太阳能电池有许多应用。长期以来，它们一直被用于无法从电网获得电力的情况，如偏远地区的电力系统、地球轨道卫星和空间探测器、消费系统，如手持式计算器或腕表、远程无线电话和抽水应用。最近，它们开始被用于通过逆变器连接到电网的太阳能模块组件中，通常与净计量相结合。
太阳能电池被认为是实现可持续能源供应的关键技术之一。
太阳能电池
三代人的发展
首先
第一代光伏电池由一个大面积的单层p-n结二极管组成，它能够从具有太阳光波长的光源中产生可用的电能。这些电池通常使用硅片制造。第一代光伏电池（也被称为基于硅片的太阳能电池）是太阳能电池商业生产的主导技术，占太阳能电池市场的86%以上。
第二次
第二代光伏材料的基础是使用半导体的薄膜沉积。这些装置最初被设计成高效率的多结点光伏电池。后来，人们注意到使用薄膜材料的优势，减少了电池设计所需的材料质量。这促使人们预测薄膜太阳能电池的成本将大大降低。目前（2007年）有不同的技术/半导体材料正在研究或大规模生产，如非晶硅、多晶硅、微晶硅、碲化镉、铜铟硒/硫化物。通常情况下，薄膜太阳能电池的效率与硅（晶片）太阳能电池相比较低，但制造成本也较低，因此可以实现以美元/瓦的电力输出为单位的较低价格。减少质量的另一个好处是，在屋顶上放置电池板时需要更少的支持，它允许在轻型材料或柔性材料上安装电池板，甚至是纺织品。这样就可以实现便携式的卷轴式太阳能电池板，可以装在背包里，用于为偏远地区的手机或手提电脑供电。
第三次
第三代光伏技术与其他两种非常不同，广义上是指不依靠传统的p-n结来分离光生电荷载体的半导体器件。这些新装置包括光电化学电池、聚合物太阳能电池和纳米晶体太阳能电池。
致力于第三代光伏技术的公司包括Xsunx、Konarka Technologies, Inc.，Nanosolar和Nanosys。美国国家可再生能源实验室（http://www.nrel.gov/）也在进行这一领域的研究。