Les cellules des modules au silicium monocristallin sont composées d’un seul cristal de silicium. À l’état pur, les atomes de silicium sont parfaitement alignés et garantissent ainsi la meilleure conductivité. La plus grande pureté du matériau garantit un rendement supérieur (pouvant atteindre 15 %). Ainsi, à parité d’espace, les rendements sont doublés voire triplés par rapport au module solaire en silicium amorphe, mais le coût pour chaque Watt pouvant être produit par le monocristallin demeure toutefois supérieur.
Outre le fait qu’il est nécessaire d’utiliser beaucoup d’énergie pour produire ce type de module photovoltaïque et que chaque module met donc 3 à 6 ans (contre les 2 à 3 ans du produit en silicium amorphe) pour restituer uniquement l’énergie employée pour sa production, tandis qu’il en produira 4 à 8 fois plus au cours de sa durée de vie, ce problème en particulier est le principal défaut du module monocristallin.
L’autre défaut de cette dernière technologie photovoltaïque est lié à une diminution substantielle ou à une chute du rendement dans le cas d’ombres particulières qui couvrent une petite portion du module, soit en cas de nuage, soit durant les heures de fin de soirée ou de début de matinée.

Les cellules photovoltaïques se présentent de couleur uniforme d’un bleu très foncé et possèdent généralement une forme octogonale avec une épaisseur de 0,2  à 0,3 mm.