阳能电池发展经历了三个阶段。以硅片为基础的"第一代"太阳能电池其技术发展已经成熟，但单晶硅纯度要求在99.999%，生产成本太高使得人们不惜牺牲电池转换率为代价开发薄膜太阳能电池。
第二代太阳电池是基于薄膜材料的太阳电池。薄膜技术所需材料较晶体硅太阳电池少得多，且易于实现大面积电池的生产，可有效降低成本。薄膜电池主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉以及铜铟硒薄膜电池，其中以多晶硅为材料的太阳能电池最优。太阳能光电转换率的卡诺上限是95%，远高于标准太阳能电池的理论上限33%，表明太阳能电池的性能还有很大发展空间。第三代太阳电池具有如下条件：薄膜化，转换效率高，原料丰富且无毒。
目前第三代太阳电池还处在概念和简单的试验研究。已经提出的主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电池和热载流子太阳电池等。其中，叠层太阳能电池是太阳能电池发展的一个重要方向。
第三代太阳能电池面临的挑战
第三代光伏电池综合考虑了多重能量阈值、低成本的制备方法、丰富无毒的原材料等，使降低每瓦成本变得较容易。叠层设计是目前发展最好的可通过聚光系统或降低成本或从优化薄膜设计增加效率等方面改进从而降低每瓦成本的技术，然而该技术的稳定性不是很好。
虽然应用碰撞离化和热载流子概念太阳电池可以大幅度降低每瓦的成本，但这两种技术都还有很多理论方面的问题有待解决。其它更深奥的新概念电池理论上可以提高转换效率，但未必能在实际应用中实现。把这些新概念电池结合起来利用也不失为一种好方法，如在同一个电池中既应用上转换又应用下转换机理;或者把上转换和叠层技术结合起来;另外碰撞离化和中间能级也可以应用到下转换电池中而非用来直接产生载流子。
第三代光伏电池的理论概念及其工艺实现方法是当今光伏电池研究领域的最前沿问题，若能获得成功将会对整个光伏电池领域的发展起到里程碑式的贡献。
