Panele cienkowarstwowe często są nazywane ogniwami drugiej generacji i jak sama ich nazwa wskazuje, składają się one z ogniw cienkowarstwowych. Najczęściej wykorzystywane są w systemach fotowoltaicznych zintegrowanych z budownictwem. Grubość półprzewodników w takich panelach jest bardzo niewielka, może wynosić zaledwie kilka mikronów. Sprawność paneli cienkowarstwowych waha się od 6 do 10%.
Panele cienkowarstwowe składają się cienkich ogniw zbudowanych z krzemu amorficznego, który znany jest powszechniej z wyświetlaczy LCD i OLED. Do ich produkcji używa się również:
- tellurku kadmu – około 50% rynku paneli cienkowarstwowych produkowanych jest właśnie w ten sposób, gdyż ich produkcja jest bardzo tania.
- silikonu amorficznego – technologią ich powstawania jest najbardziej zbliżona do tej, w której tworzone są standardowe panele krzemowe.
- połączenia miedzi, indu, galu i selenu – ich sprawność waha się w granicach 12-14%.
- arsenku galu – jest to bardzo droga technologia, stosuje się ją przede wszystkim w statkach kosmicznych, przeznaczona jest do pracy w nietypowych warunkach.