単結晶シリコンとは、シリコン材料全体を単一の結晶状態に結晶化したものを指し、現在、太陽光発電材料として広く利用されています。単結晶シリコン太陽電池は、シリコン系太陽電池の中で最も成熟した技術であり、多結晶シリコンやアモルファスシリコン太陽電池と比較して、光電変換効率が最も高いです。高効率単結晶シリコンセルの製造は、高品質の単結晶シリコン材料と成熟した加工技術に基づいています。

単結晶シリコン太陽電池は、純度99.999％にも達する単結晶シリコン棒を原料としていますが、これもコストが高く、大量生産が難しいという問題があります。コスト削減のため、現在、単結晶シリコン太陽電池の応用分野における材料要件は緩和されており、半導体デバイスで加工されたヘッド材やテール材、廃棄された単結晶シリコン材を利用したり、太陽電池用の単結晶シリコン棒に加工したりしています。単結晶シリコンウェーハのミリング技術は、光損失を低減し、電池の効率を向上させる効果的な手段です。

太陽電池などの地上応用では、生産コストを削減するため、太陽光レベルの単結晶シリコン棒が使用されており、材料性能指標も緩和されています。また、半導体装置で加工された単結晶シリコンの先端部や後端部、あるいは廃棄された単結晶シリコン材料を再利用して、太陽電池用の単結晶シリコン棒を製造する場合もあります。単結晶シリコン棒は、通常約0.3mmの厚さにスライス状に切断されます。研磨、洗浄などの工程を経て、シリコンウェーハは加工用の原料シリコンウェーハとなります。

太陽電池の加工は、まずシリコンウェーハにドーピングと拡散処理を施します。一般的には、微量のホウ素、リン、アンチモンなどをドーピングします。拡散は石英管製の高温拡散炉で行います。これにより、シリコンウェーハ上にP>N接合が形成されます。次に、スクリーン印刷法を用いて、微細な銀ペーストをシリコンチップ上に印刷し、グリッドラインを形成します。焼結後、裏面電極を形成します。グリッドラインを形成した表面には反射源を塗布し、シリコンチップの滑らかな表面で大量の光子が反射されるのを防ぎます。

このようにして、単結晶シリコン太陽電池が一枚作られます。抜き取り検査の後、この一枚は要求仕様に従って太陽電池モジュール（ソーラーパネル）に組み立てられ、直列および並列方式によって一定の出力電圧と電流が形成されます。最後に、フレームと材料を用いて封止されます。システム設計に応じて、ユーザーは太陽電池モジュールを様々なサイズの太陽電池アレイ（太陽電池アレイとも呼ばれます）に構成することができます。単結晶シリコン太陽電池の光電変換効率は約15%で、実験室での測定結果は20%を超えています。