Il silicio monocristallino si riferisce alla cristallizzazione complessiva del materiale di silicio in una forma monocristallina. È attualmente un materiale ampiamente utilizzato per la generazione di energia fotovoltaica. Le celle solari in silicio monocristallino rappresentano la tecnologia più avanzata nel campo delle celle solari a base di silicio, rispetto alle celle solari in polisilicio e silicio amorfo, e la loro efficienza di conversione fotoelettrica è la più elevata. La produzione di celle in silicio monocristallino ad alta efficienza si basa su materiali in silicio monocristallino di alta qualità e su una tecnologia di lavorazione matura.

Le celle solari in silicio monocristallino utilizzano come materia prima barre di silicio monocristallino con una purezza fino al 99,999%, il che ne aumenta i costi e ne rende difficile l'utilizzo su larga scala. Per ridurre i costi, i requisiti dei materiali per l'attuale applicazione delle celle solari in silicio monocristallino sono stati allentati e alcune di esse utilizzano i materiali di testa e di coda lavorati da dispositivi a semiconduttore e materiali di scarto in silicio monocristallino, oppure vengono trasformate in barre di silicio monocristallino per celle solari. La tecnologia di fresatura dei wafer di silicio monocristallino è un mezzo efficace per ridurre la perdita di luce e migliorare l'efficienza della batteria.

Per ridurre i costi di produzione, le celle solari e altre applicazioni terrestri utilizzano barre di silicio monocristallino a livello solare, e gli indicatori di prestazione dei materiali sono stati allentati. Alcuni possono anche utilizzare i materiali di testa e di coda e gli scarti di silicio monocristallino lavorati da dispositivi a semiconduttore per realizzare barre di silicio monocristallino per celle solari. La barra di silicio monocristallino viene tagliata a fette, generalmente di circa 0,3 mm di spessore. Dopo la lucidatura, la pulizia e altri processi, il wafer di silicio viene trasformato in wafer di silicio grezzo da processare.

La lavorazione delle celle solari inizia con il drogaggio e la diffusione sul wafer di silicio, in particolare con il drogaggio generale per tracce di boro, fosforo, antimonio e così via. La diffusione viene effettuata in un forno a diffusione ad alta temperatura composto da tubi di quarzo. Questo crea una giunzione P>N sul wafer di silicio. Successivamente, viene utilizzato il metodo di serigrafia: la pasta d'argento fine viene stampata sul chip di silicio per creare una griglia. Dopo la sinterizzazione, viene realizzato l'elettrodo posteriore e la superficie con la griglia viene rivestita con una sorgente di riflessione per impedire che un gran numero di fotoni venga riflesso dalla superficie liscia del chip di silicio.

In questo modo, viene realizzato un singolo foglio di cella solare in silicio monocristallino. Dopo un'ispezione a campione, il singolo pezzo può essere assemblato in un modulo di cella solare (pannello solare) secondo le specifiche richieste, e una determinata tensione e corrente di uscita vengono generate tramite metodi in serie e in parallelo. Infine, il telaio e il materiale vengono utilizzati per l'incapsulamento. In base al progetto del sistema, l'utente può comporre il modulo di cella solare in una varietà di dimensioni di array di celle solari, noti anche come array di celle solari. L'efficienza di conversione fotoelettrica delle celle solari in silicio monocristallino è di circa il 15% e i risultati di laboratorio superano il 20%.