Monokristalline Solarzellen werden aus geschmolzenem Silicium hergestellt. Das geschmolzene Silicium wird gereinigt und zu einem Stab gezogen, der ein einheitliches Kristallgitter (Einkristall, Monokristall) bildet. Diese Ingots werden anschließend in nur wenige Mikrometer dicke Scheiben (Wafer) gesägt und mit Bor dotiert. Danach wird die Waferoberfläche durch eine chemische Behandlung gereinigt und die andere Hälfte der Wafer mit Phosphor dotiert.
Mit den p- und n-dotierten Wafern wird eine Solarzelle aufgebaut, die wegen der geringen Verunreinigungen einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Die Ingots werden in Durchmessern von 150, 200 und 300 mm hergestellt. Ein Erkennungsmerkmal ist die gleichmäßige einheitlich dunkel Kristallstruktur (dunkelblaue bis schwärzliche Färbung). Außerdem sind sie nicht ganz quadratisch, weil sie aus runden Ingots gesägt werden und dadurch abgerundete Ecken haben.
Aufgrund des hohen Wirkungsgrades werden die monokristallinen Solarzellen dort eingesetzt, wo auf einer geringen Fläche ein möglichst hoher Ertrag erzielt werden soll und die einheitliche Optik gewünscht wird.
Nachteilig sind die aufwendige Herstellung und der daraus folgende hohe Preis, die schlechtere energetische Amortisation gegenüber polykristallinen Zellen aufgrund der energieintensiven Fertigung der Module und der geringere Wirkungsgrad bei diffusem Licht gegenüber Dünnschichtzellen.