矽材料是太陽能電池產業最重要的基礎原料，主要可以分為單晶矽(a-Silicon)、多晶矽(Poly-Silicon)和非晶矽(Amorphous silicon,縮寫為a-Si)三大類，以單晶矽轉換率最高，多晶矽次之，非晶矽的轉換效率最低。太陽能電池產業中，結晶矽的多晶與單晶矽這兩種材料占太陽能晶片整體市場的90%為主流，其中多晶矽太陽能電池生產成本較單晶矽低，因此是全球太陽能電池的主要材料。
結晶矽太陽能電池成本中，矽材料即佔成本7成以上，因此上游矽材料的價格影響性高。由於材料的晶體結構不同，因此用不同的材料設計出太陽能電池，其光電特性也會有所不同，以下針對單晶矽、多晶矽、非晶矽作介紹。
◎ 單晶矽
又稱為單結晶、晶圓型。製程貴、發電量佳，因為晶圓型式，多半截圓型或圓弧造型，舖設時面積上無法達到最大利用及吸收。
單晶矽的材料中，矽原子具有高度的周期性排列。成長單晶矽最重要的技術是利用柴氏長晶法，把高純度的多晶矽(純度為 99.999999999%，11 個 9)熔融在坩鍋中，再把晶種插入矽熔融液，用適當的速率旋轉並緩慢地往上拉引做成矽晶柱，然後再把晶柱加以切割，就可以得到單晶矽晶圓。單晶矽晶圓主要製程為拉晶、切方、切片、清洗及晶片檢測等，所需使用的設備有拉晶爐、切方機、線鋸機、清洗槽系統及晶片檢測分級機。
單晶矽太陽能電池的光電轉換效率最高，使用年限也比較長，適合用於發電廠或交通照明號誌等場所的使用。
◎多晶矽
又稱為多結晶，製程上較便宜，發電量略遜單晶矽，可截為正方形，舖設時可達最大面積利用及吸收。
多晶矽是指材料由許多不同的小單晶所構成，其製作方法是把熔融的矽鑄造固化而形成，因其製程簡單，所以成本較低。多晶矽的矽原子堆積方式不只一種，是由多種不同排列方向的單晶所組成。多晶矽晶圓主要製程為鑄造切方、切片、清洗及晶片檢測等，所使用主要設備有方向性長晶爐、切方機、線鋸機、清洗槽系統及晶片檢測分級機。
多晶矽太陽能電池由於使用純度較低的多晶矽為原料，如生產半導體用晶圓中所生產之廢料，故原料成本低，且多晶矽之長晶過程中所需的製造成本較單晶矽低，在光電轉換效率與單晶矽太陽能電池相差不多之下，成為太陽能電池的市場主流。
多晶矽太陽光電池降低成本的方式有幾種，一是純化的過程沒有將雜質完全去除，二是使用較快速的方式讓矽結晶，三是避免切片造成的浪費。
◎非晶矽
非晶矽則是指整個材料中，只在幾個原子或分子的範圍內，原子的排列具有周期性，甚至在有些材料中，沒有周期性的原子排列結構，其製作方法通常是用電漿式化學氣相沈積法，在玻璃等基板上成長厚度約一微米左右的非晶矽薄膜，為薄膜太陽能電池領域。
非晶矽對光的吸收性比結晶矽大500倍，所以只要薄薄的一層就可以把光子的能量有效地吸收，且不需要使用昂貴的結晶矽基板，而用較便宜的玻璃、陶瓷或是金屬等基板，不僅可以節省大量的材料成本，也可以製作成大面積的太陽電池。對於非晶矽的太陽能電池來說，由於價格最便宜，生產速度也最快，所以非晶矽太陽能電池也比較常應用在消費性電子產品上。
