光伏器件可以使用多种半导体材料制成，它们可以存放或者排列在不同的结构中[10]。
可用于太阳电池的三种主要材料类型是硅、多晶薄膜和单晶薄膜[11]：第一类材料是硅，它可以有各种形式，包括单晶、多晶和非晶等；第二类材料是多晶薄膜，特别是铜铟硒三元化合物（CIS）、碲化镉（CdTe）和薄膜硅等；第三类材料是单晶薄膜，主要是用于砷化镓（GaAs）电池的制作[10，12]。
1）硅（Si）包括单晶硅、多晶硅和非晶硅。最早用来制造光伏器件的硅，现在仍然是最为常用的太阳电池材料[13]。硅也是在地球地壳中储量第二丰富的元素，仅次于氧[13]。不过，要想成为太阳电池可用的半导体材料，必须将硅的纯度提纯到99.9999%[12，13]。
在单晶硅中，分子结构（也就是材料中原子的排列）是一致的，因为整个结构生长自相同的晶体。这种一致性是通过材料高效传输电子的理想选择。为了制造高效的光伏电池，硅必须“掺入”其他元素，使之成为n型或者p型[14]。
相反，半结晶硅则由几个较小的晶体或者颗粒组成，从而引入了边界。这些边界阻碍了电子的流动，并鼓励它们与空穴结合，从而降低了太阳电池的输出功率。半结晶硅比单晶硅的生产成本要低得多。因此，研究人员正在研究其他方法，以尽量减小晶界的影响[14]。
2）多晶薄膜包括CIS、CdTe和薄膜硅。对光伏产业具有至关重要影响的计算机半导体产业的另一个科学发现是薄膜技术。“薄膜”一词来源于沉积膜的方法，而不是膜的薄度：薄膜电池沉积在非常薄的原子、分子或者离子的连续层上。薄膜电池与“厚膜”电池相比具有许多优点。例如，它们使用的材料更少：电池的作用区通常只有1～10μm厚，而厚膜通常达100～300μm厚。薄膜电池的制造通常可以采用大面积工艺，这种工艺可以实现自动化连续生产。最后，它们可以沉积在软性基片材料之上[15]。
3）单晶薄膜包括砷化镓这类高效材料。砷化镓是一种化合物半导体：镓和砷两种元素的混合物。
镓是其他金属（特别是铝和锌）冶炼的副产品，它比黄金更为稀有。砷并不罕见，但它是有毒的[15]。几乎是在开发用于发光二极管、激光器以及使用光的其他电子器件的同时，砷化镓也被开发用于太阳电池。
砷化镓特别适用于多结太阳电池和高效太阳电池的理由如下：(www.xing528.com)
①砷化镓的带隙为1.43V，几乎是单结太阳电池的理想之选。
②砷化镓具有很高的吸收率，因此一个电池只需要几微米的厚度来吸收太阳光（结晶硅需要100μm或者更厚）[15]。
③与硅电池不同，砷化镓电池对热相对不敏感。砷化镓电池温度通常可以相当高，尤其在选矿厂（Concentrator）中应用时更是如此。
④由砷化镓和铝、磷、锑、铟等制成的合金具有与砷化镓互补的特性，使得电池设计具有极大的灵活性。
⑤砷化镓具有很强的抗辐照损伤性。这一点连同其高效性，使得砷化镓非常适合于太空应用。
砷化镓及其合金作为光伏电池材料最重要的优势之一是，它能够满足范围广泛的设计要求。砷化镓基电池的各层组分可以略有不同，这样一来，电池设计人员就可以精确地控制电子和空穴的产生和收集[15]。
通过这种程度的控制，电池设计人员可以使电池效率逼近理论水平。例如，最常见的一种砷化镓电池结构中就有一个铝砷化镓制成的非常薄的窗口层。采用这种薄层结构可以在靠近“结”电场处创建电子和空穴[15]。
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