Hybrydowe ogniwa słoneczne w literaturze pojawiają się w dwóch znaczeniach. Jako ogniwo hybrydowe jest określane ogniwo wielowarstwowe składające się z dwóch lub więcej ogniw różnych typów czy generacji. W drugim znaczeniu hybrydę stanowi połączenie panelu fotowoltaicznego z kolektorem słonecznym (co zostało opisane w rozdziale 7.6 Systemy solarno-termalne ). Poniżej zostaną przedstawione ogniwa hybrydowe w pierwszym znaczeniu.

Celem inżynierów i badaczy zajmujących się ogniwami fotowoltaicznymi jest stworzenie ogniwa o wysokiej wydajności, taniego i łatwego w wytworzeniu oraz wytrzymałego. Ogniwa hybrydowe w założeniu mają łączyć zalety różnych typów ogniw.

Pierwszym z typów ogniw są ogniwa hybrydowe organiczno-nieorganiczne. Ogniwa te mogą być produkowane poprzez modyfikację morfologii nanostruktury krzemu tj. w krzemie zostały wykonane nanostożki (wykonano je za pomocą litografii nanosferycznej) i połączono z przewodzącym organicznym polimerem określanym skrótem PEDOT:PSS. Ta warstwa była modyfikowana ditlenkiem krzemu \( SiO_{2} \) i poddana dalszej obróbce i czyszczeniu. Jako zewnętrzna elektroda została użyta warstwa złota. Wytworzone ogniwa osiągnęły gęstość prądu zwarcia równe 39,1 \( \frac{mA}{cm^{2}} \).
Udało się wytworzyć również ogniwo o architekturze metal/warstwa organiczna/krzem modyfikowany /Au. Modyfikacja krzemu polegała na wtłoczeniu na krzem nanorurek MWNT (ang. multi walled carbon nanotubes) oraz poli(3-oktylotiofenu) – organicznego materiału donorowego [1].
Kolejnym przykładem hybryd organiczno-nieorganicznych są ogniwa organiczne domieszkowane nanodrutami krzemowymi (ang. single-crystalline Si nanowires, SiNWs) [2]. Na elektrodę z tlenku indowo-cynowego zostały naniesione (metodą rozwirowania) kolejno warstwy PEDOT:PSS (jako warstwa wspomagająca) oraz – jako warstwa aktywna – mieszanina poli(-3heksylotiofenu, P3HT) i estru metylowego kwasu (6,6)-fenylo-C₆₁-masłowego. W tę warstwę zostały wtłoczone nanorurki.
Wymienione powyżej hybrydowe ogniwa organiczno-nieorganiczne osiągnęły wydajności rzędu kilku procent. Nie są to wielkości odbiegające od wydajności typowych ogniw organicznych. W powyższych przypadkach zaobserwowano zwiększenie gęstości prądu zwarcia, co w połączeniu z dużymi napięciami obwodu otwartego jest obiecującym wynikiem.

Drugim badanym typem ogniw są ogniwa perowskitowo-krzemowe. W związku z komplementarnością widm absorpcji ( Rys. 1 ) [3] są najbardziej obiecujące. Dają one nadzieję na wydajność przekraczającą maksymalną wydajność ogniw krzemowych, utrzymując jednocześnie niskie koszty produkcji. Przykładowa struktura przedstawiona została na Rys. 2 (na podstawie [3]).

Warstwa aktywna takich ogniw składa się z warstwy krzemowej (dolnej, osadzanej na elektrodzie nietransparentnej), górnej warstwy perowskitowej oraz warstwy rekombinacyjnej pomiędzy nimi. Taki rodzaj połączeń pozwolił na osiągnięcie wydajności do \( 26\% \) [4].

Ostatnim przedstawionym typem są ogniwa polimerowe domieszkowane nieorganicznymi kropkami kwantowymi.
Jego zasada działania jest taka sama jak zasada działania ogniw organicznych. Kropki kwantowe (ang. quantum dots, QD) zwiększają absorpcje układu – generacja nośników ładunku może być osiągnięta poprzez fotony zaabsorbowane również w materiale nieorganicznym (kropkach). Dodanie kropek kwantowych ma również na celu wsparcie procesu transportu elektronów i dziur po poziomach LUMO i HOMO, a także zwiększenie przewodnictwa ładunków. Dodatkowo akceptorowe materiały nieorganiczne są bardziej stabilne niż materiały organiczne, co rozwiązuje jeden z większych problemów z fotowoltaiką organiczną – jej niestabilność. Zasada działania jest zbliżona do działania ogniw organicznych, z tym że polimer pełni rolę donora, a kropki kwantowe – akceptora. Schemat działania ogniwa został przedstawiony na Rys. 3 [5].