A fejlődése napelemek három szakaszon ment keresztül. Az első szakasz szilícium lapkákon alapul; a második szakasz a vékonyfilmes anyagokon alapuló napelemek; a harmadik szakasz még koncepcióban és egyszerű kutatási kísérletekben zajlik. Az első szakaszban a napkollektoros szilícium ömlesztett panelek technológiája és fejlesztése eddig beérett, de a monokristályos szilícium tisztasága túl magas, így a gyártási költség túl magas. Az emberek nem haboznak feláldozni a cella konverziós rátáját a vékonyfilmes napenergia-akkumulátor második fokozatának kifejlesztésére. A vékonyréteges anyagokra épülő napelemeknél a vékonyréteg-technológia sokkal kevesebb anyagot igényel, mint a kristályos szilícium napelemek, és könnyen megvalósítható a nagy felületű cellák gyártása, amivel hatékonyan csökkenthetők a költségek. A vékonyfilmes akkumulátorok főként az amorf szilícium vékonyrétegű akkumulátorokat, a poliszilícium vékonyrétegű akkumulátorokat, a kadmium-telluridot és a réz-indium-szelenid vékonyrétegű akkumulátorokat tartalmazzák, amelyek közül a polikristályos szilícium a legjobb anyag napelemekhez.

Egyelőre a napelemek is három kategóriába sorolhatók: kristályos szilícium, amorf szilícium panelek és többkomponensű napelemek. A kristályos szilícium napelemeket főként polikristályos szilícium napelemekre és monokristályos szilícium napelemekre osztják. Az amorf szilícium panelek vékonyfilmes napelemek és szerves napelemek. A többkomponensű napelemek olyan napelemekre utalnak, amelyek nem egyelemes félvezető anyagokból készülnek. Jelenleg sokféle kutatás folyik a különböző országokban, amelyek többsége még nem iparosodott, főként a következők: kadmium-szulfid napelemek, gallium-arzenid napelemek, réz-indium-szelenid napelemek. Jelenleg a kristályos szilícium anyag a legfontosabb fotovoltaikus anyag, piaci részesedése több mint 90%, és a jövőben is hosszú ideig a napelemek fő anyaga lesz.