Dünnschichtzellen können aus verschiedenen Materialien gefertigt werden, beispielsweise amorphem Silizium, Cadmium-Indium-Diselenid (CIS) oder Cadmium-Tellurid. Der Unterschied zu den mono- und polykristallinen Siliziumzellen besteht in der Herstellung.
Bei der Herstellung von Dünnschichtzellen werden fotoaktive Halbleiter als dünne Schichten auf ein Trägermaterial aufgebracht. Die Schichtdicken betragen hierbei nur etwa 0,001 Millimeter. Da bei der Produktion bedeutend weniger Energie und Material verbraucht wird, sind Dünnschichtsolarzellen bedeutend kosteneffizienter.
Weitere Vorteile sind die hohe Flexibilität der Zellen, so dass sie oft als Designelement oder als Sonnenschutz eingesetzt werden, und die geringere Anfälligkeit bei Verschattungen. Der Leistungsabfall bei Verschattung ist vergleichsweise gering. Ein Nachteil ist der geringere Wirkungsgrad gegenüber Siliziumzellen.
Das aktive Halbleitermaterial bei CIS-Solarzellen ist Kupfer-Indium-Diselenid, ihre Farbe ist schwarz. Unter den Dünnschicht-Photovoltaikmodulen haben CIS-Module derzeit den höchsten Wirkungsgrad. Er beträgt im Durchschnitt 14 bis 17 Prozent, im Labor wurden aber auch schon über 20 Prozent erzielt.
Ein eindrucksvolles Beispiel für den Einsatz von CIS-Technologie liefert der CIS Solar Tower, der mit einer Höhe von 122 Metern 180.000 kWh Strom pro Jahr liefert. Hier wurden die Module in der Fassade integriert.
In der Entwicklungsphase sind verschiedene vielversprechende Technologien wie zum Beispiel die Tandemzellen oder Trippelzellen, bei denen durch Materialkombinationen ein größerer Lichtbereich ausgenutzt werden kann, oder fokussierende Zellen, bei denen durch ein Linsensystem das einfallende Licht gebündelt wird und somit eine wesentlich kleinere Fotovoltaik-Zelle benötigt wird.
Bei amorphen Siliziumzellen ist der fotoaktive Halbleiter amorphes (gestaltloses) Silizium, das als dünne Schicht auf das Trägermaterial, in den meisten Fällen Glas, aufgebracht wird. Der geringere Material- und Energieverbrauch und die Möglichkeit des hohen Automatisierungsgrades der Fertigung bieten beträchtliche Einsparpotenziale gegenüber der kristallinen Siliziumtechnologie. Nachteil der amorphen Zellen ist der geringe Wirkungsgrad von 5 bis 8 Prozent (stabilisierter Zustand). Flexible Photovoltaikmodule auf Metall- oder Kunststofffolien sind möglich. Die Struktur ist homogen, die Farbe ist rötlichbraun bis schwarz.