Az 1950-es évek óta az állami és a magánszektor egyaránt befektet a napenergia kutatásába és fejlesztésébe (K+F). A technológiai fejlesztéseknek köszönhetően a napelemek jelentősen olcsóbbá és hatékonyabbá váltak, és lehetővé tették, hogy a napenergia áramot szolgáltasson a hálózatba. Valójában, ha a napenergia költség- és hatékonysági görbéjét az elmúlt évszázadban felrajzoljuk, akkor a napenergia gyorsabban fejlődött, mint bármely más energiaforrás.

Ma a kutatás és fejlesztés továbbra is izgalmas új lehetőségeket teremt a napenergia számára. A tudósok gyakran állítanak fel rekordokat azzal kapcsolatban, hogy a napelemek milyen hatékonyan képesek a napfényt elektromos árammá alakítani. Míg az 1950-es évek végén a műholdakat működtető napelemek hatásfoka 8% körüli volt, 2022-ben az amerikai Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium rekordot állított fel egy 40%-os hatásfokú cellával.

A tudósok új anyagokat is használnak, hogy jobb teljesítményű és olcsóbb cellákat hozzanak létre. A vékonyréteg-cellák olcsó anyagokból készülnek, de nem olyan hatékonyak, mint a hagyományos cellák. A különböző anyagtípusokat kombináló „tandemcellák” egyensúlyoznak a költség és a hatékonyság között, de jelenleg nem olyan stabilak, mint a hagyományos cellák nagy méretekben. Végezetül a tudósok új módszerekkel kísérleteznek a napelemek gyártásához használt ritka anyagok kis mennyiségű újrafelhasználására, és folytatják az elterjedtebb, kevésbé környezetterhelő anyagok kipróbálását, amelyek csökkenthetik a környezeti lábnyomot.