Le silicium monocristallin, qui se caractérise par la cristallisation du silicium en un monocristal, est aujourd'hui largement utilisé dans la production d'énergie photovoltaïque. Les cellules solaires en silicium monocristallin constituent la technologie la plus aboutie parmi les cellules solaires à base de silicium. Comparé aux cellules solaires en silicium polycristallin et en silicium amorphe, leur rendement de conversion photoélectrique est le plus élevé. La production de cellules en silicium monocristallin à haut rendement repose sur des matériaux en silicium monocristallin de haute qualité et une technologie de traitement éprouvée.

Les cellules solaires en silicium monocristallin utilisent comme matière première des barres de silicium monocristallin d'une pureté allant jusqu'à 99,999 %, ce qui augmente également les coûts et rend leur utilisation à grande échelle difficile. Afin de réduire les coûts, les exigences en matière de matériaux pour les applications actuelles des cellules solaires en silicium monocristallin ont été assouplies. Certaines d'entre elles utilisent des matériaux de tête et de queue issus de semi-conducteurs et des déchets de silicium monocristallin, ou sont transformées en barres de silicium monocristallin pour cellules solaires. La technologie d'usinage de plaquettes de silicium monocristallin est un moyen efficace de réduire les pertes de lumière et d'améliorer le rendement des batteries.

Afin de réduire les coûts de production, les cellules solaires et autres applications terrestres utilisent des barres de silicium monocristallin de niveau solaire, et les indicateurs de performance des matériaux ont été assouplis. Certaines applications peuvent également utiliser les matériaux de tête et de queue, ainsi que les déchets de silicium monocristallin traités par les dispositifs semi-conducteurs, pour fabriquer des barres de silicium monocristallin destinées aux cellules solaires. La barre de silicium monocristallin est découpée en tranches, généralement d'environ 0,3 mm d'épaisseur. Après polissage, nettoyage et autres processus, la plaquette de silicium est transformée en plaquette de silicium brute destinée à être transformée.

Le traitement des cellules solaires commence par le dopage et la diffusion des plaquettes de silicium, notamment pour le dopage de traces de bore, de phosphore, d'antimoine, etc. La diffusion est réalisée dans un four de diffusion haute température composé de tubes de quartz. Une jonction P > N est ainsi créée sur la plaquette de silicium. Ensuite, par sérigraphie, une fine pâte d'argent est imprimée sur la puce de silicium pour former une grille. Après frittage, l'électrode arrière est fabriquée. La surface portant la grille est recouverte d'une source réfléchissante afin d'empêcher la réflexion d'un grand nombre de photons sur la surface lisse de la puce.

Ainsi, une seule feuille de cellule solaire en silicium monocristallin est fabriquée. Après un contrôle aléatoire, cette pièce peut être assemblée pour former un module solaire (panneau solaire) selon les spécifications requises. Une tension et un courant de sortie spécifiques sont déterminés par des méthodes série et parallèle. Enfin, le cadre et le matériau sont utilisés pour l'encapsulation. Selon la conception du système, l'utilisateur peut composer le module solaire en un réseau de cellules solaires de différentes tailles, également appelé réseau de cellules solaires. Le rendement de conversion photoélectrique des cellules solaires en silicium monocristallin est d'environ 15 %, et les résultats en laboratoire dépassent 20 %.