Eine Tandem-Solarzelle (auch: Stapelsolarzelle, Mehrfachsolarzelle; englisch: multi-junction solar cell) besteht aus zwei oder mehr Solarzellen aus verschiedenen Materialien, die übereinander geschichtet sind. Man unterscheidet zwischen mechanisch gestapelten Tandem-Solarzellen, bei denen die Materialien voneinander getrennt sind und monolithischen Solarzellen, bei denen alle Solarzellen auf demselben Substrat aufgebaut werden. Die dem Licht zugewandte oberste Teil-Solarzelle absorbiert Licht mit einer kurzen Wellenlänge (gleichbedeutend mit einer hohen Energie) und lässt langwelligeres Licht hindurch. Die zweite darunter angeordnete Solarzelle absorbiert wiederum einen Teil des Spektrums bis zu einer Grenzwellenlänge, welche bei Halbleitern durch die sogenannte Bandlückenenergie bestimmt wird. So können grundsätzlich beliebig viele Teil-Solarzellen übereinander angeordnet werden. Zweck dieser Anordnung ist es, den Wirkungsgrad der Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom im Vergleich zu Einfachsolarzellen zu erhöhen. Dies erreicht man einerseits dadurch, dass kurzwelliges (hochenergetisches) Licht in den obersten Teil-Solarzellen eine höhere Spannung erzeugt. Andererseits kann die
Absorption im langwelligeren (niederenergetischeren) Spektralbereich durch darunter angeordnete Teil-Solarzellen erweitert werden. Es wird in einer Tandem-Solarzelle also sowohl der Absortionsbereich im Vergleich zu einer Einfachsolarzelle erweitert, als auch die Effizienz der Umwandlung im kurzwelligen Spektralbereich erhöht.
Die höchsten Wirkungsgrade werden heute mit Tandem-Solarzellen aus III-V Halbleiterverbindungen erreicht. Übertragen auf organische Solarzellen werden unter dem Begriff auch Kombinationen verschiedener organischer Materialien mit ebenfalls unterschiedlichem Absorptionsverhalten verstanden. Neue Konzepte setzen auf die Kombination einer Si Unterzelle mit Teil-Solarzellen aus III-V Verbindungshalbleitern oder Perovskiten.