Tunnfilmsdesign är en tillverkningsteknik för att avsätta mycket tunna lager av på ett bas- eller substratmaterial. Processen kan användas för färgbeläggningar, elektroniska delar eller solceller för att skapa elektricitet från ljus. En tunn film beskriver processen att lägga till mycket fina mängder produkt i upprepade lager, inte nödvändigtvis hur tjock den färdiga produkten är.
Tidig elektronik använde tunga och skrymmande vakuumrör och andra delar för att göra tv-apparater och elektronik i mitten av 20-talet. Med tiden blev halvledare och solid-state-enheter tillgängliga, vilket gjorde det möjligt för elektronik att använda lätta, små kretsar. In på 21-talet ledde fortsatta förbättringar av elektroniska kretsdesign till enheter med mindre storlekar och större datorkapacitet. Tunnfilmsdesign är viktig för dess förmåga att använda små mängder dyra råmaterial för att göra kretsar till relativt låg kostnad.
Trots konceptet att tunnfilmsdesign handlar om processen, inte storleken på delen, var en växande marknad i början av 21-talet utvecklingen av flexibla kretsar. Istället för att behöva använda stela kretskort kunde utvecklarna nu skapa elektroniska delar på mycket tunn, flexibel plast. En marknad som gynnades av denna förbättring var solel.
Solpaneler i början till mitten av 20-talet var tunga, styva paneler gjorda av massivt glas och tjocka lager av elgenererande material. Med tiden ledde tunnfilmsdesign till styva paneler med mycket lägre vikt som minskade installationstid och kostnader. Dessutom tillät tunna filmer att solpaneler placeras i bärbara miniräknare, radioapparater och mobiltelefoner eller laddare till låg kostnad. I slutet av 20-talet producerades solceller först på plastfilm, vilket gjorde att panelen kunde rullas ihop för förvaring eller installeras som den yttre ytan av en byggnad eller ett fordon.
Energieffektiviteten, ett mått på hur mycket solljus som omvandlas till elektricitet, var låg i tidiga solenergidesigner. Elen från solpaneler lagrades vanligtvis i batterier som hade sina egna effektivitetsbegränsningar. Det var viktigt att maximera energieffektiviteten för solcellsdesigner, och tunnfilmsdesign gjorde att effektiviteten kunde stiga till över 20 procent i början av 21-talet, med ytterligare förbättringar som förväntades när nya material testades.
Under 21-talet använde tunna solfilmer antingen en blandning av kristallint och icke-kristallint eller amorft kisel. Kristallint kisel kan jämföras med sand, där molekylerna har en fast, regelbunden struktur. Ett amorft material är som glas, där molekylerna är mer slumpmässiga med olika fysiska och elektriska egenskaper.
Samtidigt utvecklades metallblandningar som kunde skapa elektricitet från ljus för solceller. Kopparindiumgalliumselenid (CIGS) och kadmiumtellurid (CdTe) var två tekniker som användes som alternativ till kisel. Dessa metaller, även om de var giftiga i vissa fall, var styvt fixerade i tunnfilmsdesignen och ansågs vid den tiden inte vara miljöfarliga. I samtliga fall valde tillverkare en speciell design för att skapa den högsta effektiviteten per enhetskostnad, för att få marknadsfördelar.
Vissa produkter kan sprayas på samma sätt som färg på en glas- eller filmbas. Omväxlande lager av elektriskt ledande och icke-ledande material kan skapa elektroniska kretsar. En annan process för att avsätta tunna filmer är sputtering, där materialet förångas och får en elektrisk laddning, där det attraheras till basmaterialet med en motsatt laddning. Laserljus kan användas för att förånga material som ska avsättas på ett substrat. Plasma, en elektrisk urladdning med hög energi, kan användas för att överföra material i vissa tunnfilmsdesigner.