סיליקון מונוקריסטלי מתייחס להתגבשות כוללת של חומר סיליקון לצורת גביש יחיד, והוא חומר פוטו-וולטאי הנמצא בשימוש נרחב כיום. תאי סיליקון מונוקריסטליים הם הטכנולוגיה הבוגרת ביותר בתאים סולאריים מבוססי סיליקון. יעילות ההמרה הפוטואלקטרית שלהם היא הגבוהה ביותר בהשוואה לתאי סיליקון פוליסיליקון וסיליקון אמורפי. ייצור תאי סיליקון מונוקריסטליים בעלי יעילות גבוהה מבוסס על חומרי סיליקון מונוקריסטליים איכותיים וטכנולוגיית עיבוד בוגרת.

תאי שמש מסיליקון מונוקריסטלי משתמשים במוטות סיליקון מונוקריסטליים בעלי טוהר של עד 99.999% כחומרי גלם, מה שמגדיל גם את העלות וקשה לשימוש בקנה מידה גדול. על מנת לחסוך בעלויות, דרישות החומרים ליישום הנוכחי של תאי שמש מסיליקון מונוקריסטליים הוקלו, וחלקם משתמשים בחומרי ראש וזנב המעובדים על ידי התקני מוליכים למחצה ובפסולת חומרי סיליקון מונוקריסטליים, או מיוצרים למוטות סיליקון מונוקריסטליים עבור תאים סולאריים. טכנולוגיית כרסום פרוסות סיליקון מונוקריסטליניות היא אמצעי יעיל להפחתת אובדן אור ולשיפור יעילות הסוללה.

על מנת להפחית את עלויות הייצור, תאים סולאריים ויישומים קרקעיים אחרים משתמשים במוטות סיליקון חד-קריסטליים ברמת השמש, ומדדי ביצועי החומרים הוקלו. חלקם יכולים גם להשתמש בחומרי ראש וזנב ובפסולת חומרי סיליקון חד-קריסטליים המעובדים על ידי התקני מוליכים למחצה כדי לייצר מוטות סיליקון חד-קריסטליים לתאים סולאריים. מוט הסיליקון החד-קריסטלי נחתך לפרוסות, בדרך כלל בעובי של כ-0.3 מ"מ. לאחר ליטוש, ניקוי ותהליכים אחרים, פרוסת הסיליקון הופכת לפרוסת סיליקון חומר גלם לעיבוד.

עיבוד תאים סולאריים, קודם כל על גבי פרוסות סיליקון באמצעות סימום ודיפוזיה, סימום כללי עבור כמויות זעירות של בורון, זרחן, אנטימון וכן הלאה. הדיפוזיה מתבצעת בתנור דיפוזיה בטמפרטורה גבוהה העשוי מצינורות קוורץ. פעולה זו יוצרת צומת P > N על פרוסות הסיליקון. לאחר מכן, נעשה שימוש בשיטת הדפסת משי, משחת הכסף הדקה מודפסת על שבב הסיליקון ליצירת קו רשת, ולאחר סינטור, נוצרת אלקטרודה אחורית, והמשטח עם קו הרשת מצופה במקור החזרה כדי למנוע החזרה של מספר רב של פוטונים מהמשטח החלק של שבב הסיליקון.

לפיכך, מיוצר יריעת תא סולארי מסיליקון חד-גבישי אחת. לאחר בדיקה אקראית, ניתן להרכיב את החלק הבודד למודול תא סולארי (פאנל סולארי) בהתאם למפרטים הנדרשים, וליצור מתח וזרם יציאה מסוימים בשיטות טוריות ומקבילות. לבסוף, משתמשים במסגרת ובחומר לאריזת הקפסולה. בהתאם לתכנון המערכת, המשתמש יכול להרכיב את מודול התא הסולארי למגוון גדלים שונים של מערך תאים סולאריים, המכונה גם מערך תאים סולאריים. יעילות ההמרה הפוטואלקטרית של תאי סולאריים מסיליקון חד-גבישי היא כ-15%, ותוצאות המעבדה הן יותר מ-20%.