เซลล์แสงอาทิตย์ทำจากวัสดุสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน มีทั้งที่เป็นผลึกเดี่ยว (Single Crystal) ผลึกย่อย (Poly Crystal) และไม่เป็นผลึกหรือเป็นสารอะมอร์ฟัส (Amorphous) ซิลิคอนเป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำที่มีราคาถูกที่สุด เพราะซิลิคอนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในโลกชนิดหนึ่ง สามารถถลุงได้จากหินและทราย และมีใช้งานในอุตสาหกรรม อิเล็กทรอนิกส์อย่างกว้างขวาง เช่น ใช้ทำทรานซิสเตอร์ และวงจรไอซี ที่ใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ทุกชนิด เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากผลึกซิลิคอน ทั้งผลึกเดี่ยวและผลึกย่อย มีการผลิตออกใช้งานมากที่สุดในปัจจุบัน เพราะมีประสิทธิภาพสูงประมาณ ๑๒ - ๑๕ % ซึ่งเพียงพอต่อการประยุกต์แม้จะมีราคาแพงเมื่อเทียบกับค่าไฟฟ้าในระบบสายส่งการใช้งานจึงจำกัดอยู่ในพื้นที่เฉพาะ เช่น ในชนบทที่ไม่มีไฟฟ้าใช้เป็นหลัก
เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอะมอร์ฟัสซิลิคอนจะมีราคาถูกที่สุด เพราะซิลิคอนที่ไม่เป็นผลึกหรือเป็นสารอะมอร์ฟัสนั้นจะมีลักษณะเป็นฟิล์มบางไม่สิ้นเปลืองเนื้อวัสดุ เตรียมได้ที่อุณหภูมิต่ำและผลิตได้ง่าย แต่เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอะมอร์ฟัสซิลิคอนนี้มีประสิทธิภาพการแปรพลังงานไม่สูงนัก คือ เพียง ๕ - ๑๐% จึงเหมาะที่จะประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่กินไฟฟ้าน้อย เราจึงเห็นเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ใช้งานกับเครื่องคิดเลข นาฬิกาข้อมือวิทยุทรานซิสเตอร์ เป็นต้น
นอกจากซิลิคอนแล้ว วัสดุสารกึ่งตัวนำอื่นๆ ก็ใช้ทำเซลล์แสงอาทิตย์ได้เช่นเดียวกัน เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs : Gallium Arsenide)แคดเมียมซัลไฟด์ (CdS : Cadmium Sulphide)ทองแดงอินเดียมไดเซเลไนด์ (CuInSe2) : Copper Indium Diselenide) ซึ่งล้วนแล้วแต่เป็นสารประกอบกึ่งตัวนำทั้งสิ้น เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากวัสดุแกลเลียมอาร์เซไนด์จะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง ๒๐ - ๒๕% ใช้งานกับแสงความเข้มสูงได้ดี ทนทานกับรังสีอนุภาคที่มีพลังงานสูง จึงเหมาะกับงานด้านอวกาศ แม้จะมีราคาแพงกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนถึง ๕๐ เท่า
ส่วนเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแคดเมียมซัลไฟด์และทองแดงอินเดียมไดเซเลไนด์นั้น จะมีราคาถูกพอๆ กับซิลิคอน เพราะมีลักษณะเป็นฟิล์มบาง และเตรียมได้ง่าย
วัสดุสารกึ่งตัวนำที่ใช้ทำเซลล์แสงอาทิตย์ได้ดี ต้องมีความสามารถในการดูดกลืนแสงจากพลังงานแสงอาทิตย์ โดยมีขนาดของแถบพลังงานที่เหมาะสมกับสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ และสามารถประดิษฐ์โครงสร้างหัวต่อพีเอ็น เพื่อใช้ในการแยกพาหะที่มีประจุไฟฟ้าต่างกันออกไปยังขั้วไฟฟ้าบวกและลบได้
