In Dünnschicht-Modulen werden die zur Energieumwandlung benötigten Halbleitermaterialien in extrem dünnen Schichten durch spezielle Herstellungsverfahren direkt auf ein Trägermaterial (Substrat) aus Glas, Kunststoff oder Metallfolie aufgebracht. Am meisten verbreitet sind inzwischen Dünnschichtmodule aus amorphem Silizium.

Dünnschicht-Module haben gegenüber den kristallinen oder polykristallinen Silizium-Solarzellen-Modulen einige Vorteile: Da die Materialdicke der Zellen um cirka den Faktor 100 geringer ausfällt, ist der Energie- und Materialeinsatz deutlich geringer. Dünnschicht-Module eignen sich daher besonders gut für die Massenfertigung und bieten dabei ein erhebliches Kostensenkungspotenzial.

Momentan ist der Wirkungsgrad der Dünnschicht-Solarzellen zwar noch niedriger als derjenige von monokristallinen und polykristallinen Solarzellen. Da es sich um eine relativ junge Technologie handelt, kann man jedoch davon ausgehen, dass die technologischen Möglichkeiten noch bei Weitem nicht ausgeschöpft sind. Im Labormaßstab konnten für CIS- bzw. CIGS-Dünnschichtzellen bereits hohe Wirkungsgrade nachgewiesen werden, die an diejenigen von polykristallinem Silizium heranreichen bzw. diese sogar übertreffen.

Eine besondere Stärke von Dünnschicht-Modulen besteht darin, dass sie diffuse Sonneneinstrahlung und schwaches Licht – beispielsweise bei bewölktem Himmel – besser als kristalline Module nutzen können. Dünnschichtmodule sind zudem wesentlich toleranter gegenüber Verschattung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Dünnschicht-Module relativ unempfindlich gegenüber hohen Temperaturen sind.

Im Gegensatz zu kristallinen und polykristallinen Silizium-Modulen sind Dünnschichtmodule nicht auf starre Trägermaterialien angewiesen. Beispielsweise lassen sie sich auf flexible Metallfolien aufbringen und bilden dann leichte und biegsame Module, die durch äußere Kunststoff-Laminierung zudem witterungsunempfindlich gemacht werden können. Mit diesen Verbundmodulen erschließen sich völlig neue Anwendungsbereiche, bei denen es auf ein geringes Eigengewicht und Robustheit gegenüber mechanischer Belastung besonders ankommt, beispielsweise im Outdoor-Bereich.