Monokristalni silicij se nanaša na celotno kristalizacijo silicijevega materiala v monokristalno obliko, ki je trenutno široko uporabljen fotovoltaični material za proizvodnjo energije. Monokristalne silicijeve sončne celice so najbolj zrela tehnologija med silicijskimi sončnimi celicami. V primerjavi s polisilicijevimi in amorfnimi silicijskimi sončnimi celicami ima najvišjo učinkovitost fotoelektrične pretvorbe. Proizvodnja visoko učinkovitih monokristalnih silicijevih celic temelji na visokokakovostnih monokristalnih silicijevih materialih in zreli tehnologiji obdelave.

Monokristalne silicijeve sončne celice uporabljajo kot surovine monokristalne silicijeve palice s čistostjo do 99,999 %, kar prav tako povečuje stroške in jih je težko uporabljati v velikem obsegu. Da bi prihranili stroške, so bile zahteve glede materialov za trenutno uporabo monokristalnih silicijevih sončnih celic omilile, nekatere pa uporabljajo materiale glave in repa, ki jih predelujejo polprevodniške naprave in odpadni monokristalni silicijev material, ali pa so izdelani v monokristalne silicijeve palice za sončne celice. Tehnologija rezkanja monokristalnih silicijevih rezin je učinkovito sredstvo za zmanjšanje izgub svetlobe in izboljšanje učinkovitosti baterije.

Da bi zmanjšali proizvodne stroške, sončne celice in druge zemeljske aplikacije uporabljajo monokristalne silicijeve palice na sončni ravni, kazalniki učinkovitosti materiala pa so bili sproščeni. Nekateri lahko za izdelavo monokristalnih silicijevih palic za sončne celice uporabijo tudi materiale glave in repa ter odpadne monokristalne silicijeve materiale, obdelane s polprevodniškimi napravami. Monokristalna silicijeva palica se nareže na rezine, običajno debeline približno 0,3 mm. Po poliranju, čiščenju in drugih postopkih se silicijeva rezina pretvori v surovino za predelavo.

Pri obdelavi sončnih celic se najprej izvaja dopiranje in difuzija silicijevih rezin, pri čemer se običajno dodajajo sledi bora, fosforja, antimona in tako naprej. Difuzija se izvaja v visokotemperaturni difuzijski peči iz kremenčevih cevi. To ustvari spoj P > N na silicijevem rezincu. Nato se s sitotiskom nanese fina srebrna pasta na silicijev čip, da se ustvari mrežasta črta, po sintranju pa se izdela zadnja elektroda, površina z mrežno črto pa je prevlečena z odbojnim virom, da se prepreči odboj velikega števila fotonov od gladke površine silicijevega čipa.

Tako se izdela ena sama plošča monokristalne silicijeve sončne celice. Po naključnem pregledu se lahko en sam kos sestavi v modul sončne celice (sončni panel) v skladu z zahtevanimi specifikacijami, pri čemer se z zaporedno in vzporedno metodo oblikujeta določena izhodna napetost in tok. Na koncu se za enkapsulacijo uporabi okvir in material. Glede na zasnovo sistema lahko uporabnik sestavi modul sončne celice v različne velikosti polja sončnih celic, znanih tudi kot polje sončnih celic. Izkoristek fotoelektrične pretvorbe monokristalnih silicijevih sončnih celic je približno 15 %, laboratorijski rezultati pa so več kot 20 %.