陽能電池發展經歷了三個階段。以硅片為基礎的"第一代"太陽能電池其技術發展已經成熟，但單晶硅純度要求在99.999%，生產成本太高使得人們不惜犧牲電池轉換率為代價開發薄膜太陽能電池。

第二代太陽電池是基于薄膜材料的太陽電池。薄膜技術所需材料較晶體硅太陽電池少得多，且易于實現大面積電池的生產，可有效降低成本。薄膜電池主要有非晶硅薄膜電池、多晶硅薄膜電池、碲化鎘以及銅銦硒薄膜電池，其中以多晶硅為材料的太陽能電池最優。太陽能光電轉換率的卡諾上限是95%，遠高于標準太陽能電池的理論上限33%，表明太陽能電池的性能還有很大發展空間。第三代太陽電池具有如下條件：薄膜化，轉換效率高，原料豐富且無毒。

目前第三代太陽電池還處在概念和簡單的試驗研究。已經提出的主要有疊層太陽電池、多帶隙太陽電池和熱載流子太陽電池等。其中，疊層太陽能電池是太陽能電池發展的一個重要方向。

第三代太陽能電池面臨的挑戰

第三代光伏電池綜合考慮了多重能量閾值、低成本的制備方法、豐富無毒的原材料等，使降低每瓦成本變得較容易。疊層設計是目前發展最好的可通過聚光系統或降低成本或從優化薄膜設計增加效率等方面改進從而降低每瓦成本的技術，然而該技術的穩定性不是很好。

雖然應用碰撞離化和熱載流子概念太陽電池可以大幅度降低每瓦的成本，但這兩種技術都還有很多理論方面的問題有待解決。其它更深奧的新概念電池理論上可以提高轉換效率，但未必能在實際應用中實現。把這些新概念電池結合起來利用也不失為一種好方法，如在同一個電池中既應用上轉換又應用下轉換機理;或者把上轉換和疊層技術結合起來;另外碰撞離化和中間能級也可以應用到下轉換電池中而非用來直接產生載流子。

第三代光伏電池的理論概念及其工藝實現方法是當今光伏電池研究領域的最前沿問題，若能獲得成功將會對整個光伏電池領域的發展起到里程碑式的貢獻。