Tấm pin mặt trời màng mỏng là một mô-đun quang điện được chế tạo trên một lớp hấp thụ bán dẫn cực mỏng. Tấm pin mặt trời màng mỏng sử dụng một lượng rất nhỏ vật liệu bán dẫn để chuyển đổi ánh sáng trực tiếp thành điện bằng hiệu ứng quang điện. Độ dày của vật liệu bán dẫn thường là 5 micron trở xuống, hoặc mỏng hơn khoảng 20 lần so với silicon đơn tinh thể hoặc silicon đa tinh thể. Theo đó, các thiết bị quang điện được phân loại thành loại khối đòi hỏi vật liệu silicon đáng kể và loại màng mỏng tiêu thụ ít vật liệu nhạy sáng hơn nhiều. Các tế bào quang điện đơn tinh thể và đa tinh thể thông thường thuộc loại khối.

 

Tấm pin mặt trời màng mỏng được tạo ra bằng cách phủ một hoặc nhiều lớp mỏng vật liệu bán dẫn lên một chất nền, chẳng hạn như thủy tinh, nhựa hoặc kim loại. Hợp chất bán dẫn được sử dụng để tạo ra các tấm pin này có thể là silic vô định hình (a-Si), cadmium telluride (CdTe), đồng indium gallium diselenide (CIGS) và gallium arsenide (GaAs).

 

Silic vô định hình (a-Si) là dạng silic không kết tinh thường được chế tạo bằng kỹ thuật gọi là lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma. Công nghệ này cung cấp hiệu suất pin là 5%–7% (mối nối đơn) và 8%–10% (mối nối đôi và ba). Pin silic vô định hình ít nhạy cảm với nhiệt độ hơn nhưng có thể giảm đáng kể khoảng 10 đến 30 phần trăm trong sáu tháng đầu hoạt động.

 

Cadmium telluride (CdTe) được giới thiệu để cải thiện hiệu suất thấp gặp phải với silicon vô định hình. Các tấm pin mặt trời màng mỏng CdTe có hiệu suất trung bình từ 7% – 12% và đạt mức tối đa là 16,5%. Hiệu suất được cải thiện kết hợp với sự dễ dàng trong khâu chuẩn bị khiến các mô-đun năng lượng mặt trời CdTe trở thành công nghệ màng mỏng quang điện thành công nhất. Các tấm pin mặt trời CdTe có hiệu suất khá tốt ở nhiệt độ cao và điều kiện ánh sáng yếu. Nhược điểm khi sử dụng CdTe trong các ứng dụng quang điện là nguồn cung cấp tellurium hạn chế và độc tính của cadmium.

 

Đồng indium gallium deselenide (CIGS) là vật liệu bậc bốn có hệ số hấp thụ quang học cao. Khả năng này mang lại cho các tấm pin mặt trời màng mỏng tiềm năng tiếp cận các tấm pin silicon tinh thể về hiệu suất. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng điển hình của tấm pin mặt trời CIGS dao động từ 10% đến 15%. Hiệu suất cao hơn (trên 20%) cũng đã được báo cáo. Hiệu suất cao, màng cực mỏng (1,5–2 μm), khả năng điều chỉnh khoảng cách dải và độ ổn định nhiệt và hóa học khiến CIGS trở thành ứng cử viên hàng đầu trong công nghệ màng mỏng. Tuy nhiên, các tấm pin mặt trời CIGS hiện đang bị loại trừ do giá thành đắt đỏ và tính khả dụng của chúng.

 

Gallium arsenide (GaAs) là chất bán dẫn nhóm III-V có khoảng cách dải khoảng 1,4 eV. Khoảng cách dải gần như lý tưởng để chuyển đổi năng lượng mặt trời cho phép các tấm pin mặt trời màng mỏng GaAs cung cấp hiệu suất cao nhất trong số tất cả các công nghệ. Hiệu suất của các tấm pin mặt trời GaAs dao động từ 20% đến 25%, với kỷ lục gần mốc 30%. Các tấm pin mặt trời GaAs được sử dụng trong các ứng dụng có giá trị cao như thám hiểm không gian, nơi cần sản lượng điện cao hơn. Các mô-đun quang điện GaAs có khả năng chống lại thiệt hại do bức xạ và có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời cũng như hiệu suất nhiệt độ cao. Tuy nhiên, các tấm pin mặt trời GaAs quá đắt đối với các ứng dụng tiêu dùng thông thường.

 

Ưu điểm chính của tấm pin mặt trời màng mỏng so với tấm pin silicon tinh thể liên quan đến các yếu tố như chi phí sản xuất thấp hơn, tiêu thụ ít nguyên liệu thô hơn và có thể làm cho nhẹ và linh hoạt. Một lợi thế cạnh tranh khác là tấm pin màng mỏng không mất nhiều hiệu suất khi nhiệt độ tăng và chúng thường hoạt động tốt hơn trong điều kiện bóng râm hoặc thiếu sáng.