Dünnschichtsilizium ist eine Form von Silizium, die häufig beim Design von Photovoltaikzellen verwendet wird, die in Technologien wie Solarstromgeneratoren und Fotodetektoren verwendet werden. Dabei handelt es sich um eine sehr dünne Siliziumschicht, die entweder amorph ist, also keine kristalline Struktur aufweist, oder eine von mehreren kristallinen Strukturen mit besonderen Eigenschaften aufweist. Dünnschicht-Silizium unterscheidet sich von Bulk- oder Wafer-Silizium, das aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium besteht.
Dünnschicht-Silizium ist ein Halbleiter und wird in Photovoltaikzellen verwendet, da es von Licht auf Quantenebene beeinflusst wird. Wenn Lichtphotonen auf das Silizium treffen und absorbiert werden, führt dies dazu, dass das Energieniveau der Elektronen im Silizium ansteigt, von ihrer üblichen Position im dicht gepackten Valenzenergieband in das viel dünnere Leitungsenergieband, wo sie sich viel freier bewegen können. Gleichzeitig erzeugt das Fehlen des negativ geladenen Elektrons im Valenzband an seiner Stelle einen positiven Ladungsträger, der als Elektronenloch bezeichnet wird und sich durch das Valenzband bewegen kann, wenn sich aufeinanderfolgende Elektronen bewegen, um das Loch zu füllen und so ein neues zu erzeugen in ihrer früheren Position. Diese Bewegung von Ladungsträgern durch den Halbleiter erzeugt einen elektrischen Strom, der als Energiequelle verwendet werden oder Signale an Detektionsgeräte liefern kann.
Dünnschicht-Silizium kann eine von mehreren Formen haben. Amorphes Silizium hat keine kristalline Struktur, was bedeutet, dass es keine weitreichende Ordnung oder kein Muster in der Anordnung der Siliziumatome gibt. Nanokristallines, manchmal auch mikrokristallines Silizium genannt, weist kleine kristalline Körner auf, die von amorphem Silizium umgeben und von diesem getrennt sind. Protokristallines Silizium ist Silizium in einer Zwischenphase des Prozesses der Kristallbildung in amorphem Silizium. Schwarzes Silizium ist eine Form von Silizium mit einer Oberfläche, die mit mikroskopischen monokristallinen Nadeln bedeckt ist, einer Struktur, die die Lichtabsorption erhöht. Verschiedene Formen von Dünnschicht-Silizium fangen effektiv verschiedene Wellenlängen des Lichts ein, daher enthalten Dünnschicht-Solarzellen oft Schichten von mehr als einem Typ, um so viel Sonnenlicht wie möglich zu absorbieren.
Dünnschicht-Silizium wird aufgrund seiner Eigenschaften als Halbleiter hauptsächlich in der Solarindustrie verwendet. Dünnschichtzellen haben gegenüber Bulk-Silizium-Solarzellen eine Reihe von Vorteilen, darunter geringere Materialkosten und kleinere Abmessungen, obwohl dies auf Kosten einer geringeren Leistungsumwandlungseffizienz gehen kann. Aufgrund der geringeren Größe und des geringeren Gewichts eignen sich Dünnschichtzellen auch besser für Anwendungen wie gebäudeintegrierte Photovoltaikzellen und Ladesysteme für Fahrzeuge. Dünnschicht-Silizium wird auch in Detektionsgeräten wie Thermografiekameras und Nachtsichtbrillen verwendet.