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勞倫斯·伯克利國家實驗室主任、物理學家史蒂文·朱表示，太陽在一小時內向地球發射的能量（4.3 x 1020焦耳）足以滿足人類一年的能源需求（4.1 x 1020焦耳）。問題是如何最有效地利用它。薄膜太陽能電池可能是答案：最近一種薄膜太陽能電池將照射到其上的 19.9% 的陽光轉化為電力，超過了大規模生產的傳統矽光伏電池的轉化率，並有可能釋放這種可再生能源。
由於需求增長，用於從陽光中發電的高品級矽的價格在 2004 年飆升，今年達到每公斤（2.2 磅）500 美元的高位。薄膜太陽能電池應運而生——這些裝置使用一層精細的半導體材料（例如矽、銅銦鎵硒或碲化鎘）以較低的成本從陽光中獲取電力。
薄膜製造商Global Solar Energy（位於亞利桑那州圖森市）的首席技術官、電氣工程師傑夫·布里特說：“薄膜的根本優勢在於所需材料的量。” “這些是直接帶隙半導體。你可以使用一到兩個微米厚的材料，仍然可以吸收 98% 的陽光。” （換句話說，吸收相同量的陽光，所需的薄膜材料至少比傳統矽光伏電池少 100 倍。）
Global Solar 使用一種稱為銅銦鎵硒（CIGS）的技術來製造其薄膜太陽能電池。該公司已經為美軍和戶外愛好者提供了行動式現場充電器，主要用於通訊和其他由這些電池供電的小型電子裝置。今年 3 月，該公司在圖森市開設了一家新工廠，計劃明年生產足夠的薄膜 CIGS 太陽能電池來發電 40 兆瓦，足以滿足大約 15,000 個普通美國家庭的用電需求；該公司希望在 2010 年將發電量提高到 100 兆瓦，以應對其預計不斷增長的市場。
布里特說：“我們專注於低成本的地面發電。” “它適用於大型的地面陣列。” 換句話說，這些太陽能發電場以前由傳統的矽光伏電池主導，現在在亞利桑那州和加利福尼亞州等州用於從陽光中發電。
Global Solar 並非孤例。包括 HelioVolt、Nanosolar 等在內的許多公司正在使用 CIGS 技術，試圖降低光伏電池的生產成本。但還有其他挑戰。位於德克薩斯州奧斯汀市的HelioVolt 執行長、材料科學家 B. J. 斯坦伯裡說：“第一個障礙是成本，第二個是效率[可以將多少陽光轉化為電力]，第三個是可靠性，[這意味著]裝置的使用壽命。”該公司正在開設第一家 CIGS 太陽能電池工廠。
美國能源部 (DoE) 國家可再生能源實驗室的研究人員已經成功生產出 CIGS 電池，可以將照射到其上的近 20% 的陽光轉化為電力。但製造商指出，大規模生產會降低它們的效率，因為化學過程在工業裝配線上不像在實驗室中那樣容易控制。
日本電子製造商夏普電子公司（總部位於日本大阪）太陽能解決方案集團的產品開發高階總監保羅·沃姆瑟說：“臺式測量是一件很棒的事情，因為它告訴你這項技術的潛力。但是，它並沒有告訴你人們實際製造或可以製造什麼。” “當你投入生產時，你會獲得在完美條件下實驗室展示效率的約一半。”
夏普公司將非晶矽（隨機排列的精細矽層）與晶體矽層（其原子排列在結構更規則的晶格中）配對，以製造其薄膜電池。該公司計劃增加其位於日本桂城的工廠的生產能力，到 10 月份生產足夠的電池來發電 160 兆瓦，並透過在日本堺市建造另一家工廠，到 2010 年將其年度總產量提高到足以生產 1,000 兆瓦的電池。
他否認了薄膜太陽能電池最終將扼殺傳統晶體矽光伏業務的猜測，並指出它們的設計目的是補充而非取代舊的備用電池。“關於晶體消亡的傳言被嚴重誇大了，”沃姆瑟說。“我們認為薄膜是對晶體和聚光器的補充。”
但沃姆瑟說，薄膜電池比舊技術具有隨著時間的推移產生更多電力的潛力，因為它們更能抵抗太陽的熱量，並且在溫度升高時產生更多電力。
然而，耐用性可能是一個問題。因此，用於大型陣列的薄膜電池使用較低等級的矽（即玻璃）來保護精細的光伏層。例如，位於亞利桑那州坦佩市的First Solar, Inc.在其薄膜太陽能電池中使用碲化鎘，將其模組封裝在玻璃中，用於大型陣列或屋頂。該公司總裁布魯斯·索恩說：“太陽能業務的優勢在於，你製造一種產品，它就能在那裡持續發電 20 到 25 年。”
除了以每個 1.25 美元的價格提供太陽能模組（相比之下，傳統光伏模組的價格至少是其兩倍），First Solar 還建立了一個在模組報廢后對其進行回收的流程。
索恩說：“玻璃可以返回到玻璃行業。金屬可以被重新提純並以碲化鎘化合物的形式返回給我們。甚至電線也可以重複使用。” “我們現在確實可以以一種永久的、環境友好的生命週期來回收 90% 以上的產品重量。”
事實上，碲化鎘太陽能電池目前是最環保的裝置，儘管它們使用有毒的重金屬，但主要原因是它們需要最少的能源（通常由燃燒化石燃料提供）來進行製造，紐約州阿普頓市布魯克海文國家實驗室國家光伏環境研究中心和哥倫比亞大學的高階科學家、環境工程師瓦西里斯·夫特納基斯說。
然而，根據能源部的資料，碲化鎘僅佔薄膜市場的約 30%，而非晶矽電池（例如夏普和 ECD Ovonics 生產的電池）佔 60% 以上；CIGS 電池僅佔該市場的約 1%。
但 Heliovolt 的斯坦伯裡表示，CIGS 具有所有薄膜技術以及傳統光伏電池中最大的潛在效率（將高達 25% 的入射陽光轉化為電力）。科羅拉多州戈爾登市能源部的國家光伏中心主任勞倫斯·卡茲梅爾斯基表示，德國的Würth Solar 已經大規模生產出可以將高達 13% 的陽光轉化為電力的電池。
所有薄膜技術還具有普及的潛力。也就是說，夏普的沃姆瑟說，“你有機會使用薄膜來製造人們所說的半透明光伏模組，以取代建築物上的窗戶。它允許你從窗戶向外看，但從外面看，它看起來像有色玻璃。”
薄膜太陽能電池可以用於更靈活的應用，例如所謂的太陽能瓦片，這是一種兼具發電功能的屋頂材料。Global Solar 的布里特說：“它將起到遮風擋雨的作用，但它也會為你發電。” 這也消除了在現有建築物上新增太陽能光伏系統的巨大成本——通常至少使給定模組的價格翻倍。
在沒有陽光照射的時候，需要其他形式的發電方式，或者某種高效的能量儲存方式，例如更好的電池。但是，薄膜太陽能電池有望以高效和可持續的方式利用太陽的能量，並取代燃燒化石太陽能來獲取能源，而這種能源正在向大氣中排放導致氣候變化的二氧化碳。
HelioVolt 的斯坦伯裡說：“將這種最高效率、最低成本和最可靠的薄膜技術直接融入建築材料將是太陽能革命的開始。” “我擔心我活不到太陽能成為我們能源結構中具有經濟實質意義的一部分的那一天，但我認為我們終於走上了這條道路。最好的還在後面。”