Nguồn năng lượng sạch là nguồn năng lượng không tạo ra khí thải nhà kính hoặc các chất gây ô nhiễm trong quá trình tạo ra năng lượng. Nguồn năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng tạo ra năng lượng liên tục và không giới hạn từ tự nhiên.
Năng lượng điện mặt trời (được xem là năng lượng tái tạo và năng lượng sạch) được thu lại bằng cách sử dụng các tấm mặt trời (solar panels) để chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện. Trên mỗi tấm mặt trời là một mảng các tế bào quang điện (photovoltalic cells) đảm trách việc chuyển bức xạ mặt trời thành năng lượng điện. Nguồn năng lượng đã được chuyển đổi này có thể được sử dụng trực tiếp hoặc được lưu trữ vào các hệ thống lưu trữ năng lượng (pin, ắc qui, ...) để sử dụng lại sau.
Ngoài năng lượng điện mặt trời, năng lượng nhiệt mặt trời (cũng được xem là năng lượng tái tạo và năng lượng sạch) cũng được sử dụng phổ biến. Năng lượng nhiệt mặt trời được sử dụng để phơi khô vật liệu, đun nước, tạo luồng hơi để vận hành các tua bin hoặc máy móc khác, ... Khác với năng lượng điện mặt trời cần phải sử dụng các phương tiện kỹ thuật để chuyển đổi bức xạ mặt trời thành năng lượng điện, năng lượng nhiệt mặt trời có thể được sử dụng trực tiếp mà không cần thông qua phương tiện chuyển đổi nào.
Dựa trên các lớp hoạt động, tế bào quang điện được chia thành 3 thế hệ:
Thế hệ đầu tiên: Tế bào quang điện được chế tạo từ các đơn tinh thể silic hoặc đa tinh thể silic. Tế bào quang điện thế hệ này vẫn đang là loại phổ biến nhất trong các hệ thống thu thập năng lượng mặt trời.
Thế hệ thứ hai: Tế bào quang điện được chế tạo từ các vật liệu màng mỏng như amorphous silicon (a-Si), cadmium telluride (CdTe), copper indium gallium selenide (CIGS), hay gallium arsenide (GaAs).
Thế hệ thứ ba: Tế bào quang điện được từ các vật liệu màng mỏng tiên tiến như perovskite, dye-sensitized, chấm lượng tử (quantum dot), hữu cơ (organic), và CZTS.
Lịch sử phát triển các hợp chất chế tạo tế bào quang điện màng mỏng:
1970: Tế bào mặt trời màng mỏng đầu tiên sử dụng gallium arsenide (GaAs).
1972: Các hợp chất mới copper sulfide/cadmium sulfide (Cu2S/CdS)
1975: Các hợp chất mới zinc phosphide (Zn3P2), and amorphous silicon (a-Si)
1980: Tế bào mặt trời màng mỏng được chế tạo từ Cu2S(CdZn)S vượt qua hiệu suất 10%. Hợp chất mới copper indium diselenide (CuInSe2)
1980s: Tế bào mặt trời màng mỏng theo cấu trúc đa mối nối (multi-junction) sử dụng a-Si hoặc CdTe ở lớp trên cùng