Ο σχεδιασμός λεπτής μεμβράνης είναι μια τεχνική κατασκευής της απόθεσης πολύ λεπτών στρωμάτων σε βάση ή υλικό υποστρώματος. Η διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για επιστρώσεις βαφής, ηλεκτρονικά μέρη ή ηλιακά κύτταρα για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας από το φως. Μια λεπτή μεμβράνη περιγράφει τη διαδικασία προσθήκης πολύ λεπτών ποσοτήτων προϊόντος σε επαναλαμβανόμενες στρώσεις, όχι απαραίτητα πόσο παχύ είναι το τελικό προϊόν.
Η πρώιμη ηλεκτρονική χρησιμοποιούσε βαρείς και ογκώδεις σωλήνες κενού και άλλα εξαρτήματα για την κατασκευή τηλεοράσεων και ηλεκτρονικών ειδών στα μέσα του 20ού αιώνα. Με τον καιρό, οι ημιαγωγοί και οι συσκευές στερεάς κατάστασης έγιναν διαθέσιμοι, επιτρέποντας στα ηλεκτρονικά να χρησιμοποιούν ελαφριά, μικρά κυκλώματα. Στον 21ο αιώνα, οι συνεχείς βελτιώσεις στον σχεδιασμό ηλεκτρονικών κυκλωμάτων οδήγησαν σε συσκευές με μικρότερα μεγέθη και μεγαλύτερη υπολογιστική ικανότητα. Ο σχεδιασμός λεπτής μεμβράνης είναι σημαντικός για την ικανότητά του να χρησιμοποιεί μικρές ποσότητες ακριβών πρώτων υλών για την κατασκευή κυκλωμάτων με σχετικά χαμηλό κόστος.
Παρά την ιδέα ότι ο σχεδιασμός λεπτής μεμβράνης αφορά τη διαδικασία, όχι το μέγεθος του εξαρτήματος, μια αναπτυσσόμενη αγορά στις αρχές του 21ου αιώνα ήταν η ανάπτυξη ευέλικτων κυκλωμάτων. Αντί να χρειάζεται να χρησιμοποιούν άκαμπτες πλακέτες κυκλωμάτων, οι προγραμματιστές θα μπορούσαν τώρα να δημιουργήσουν ηλεκτρονικά μέρη σε πολύ λεπτά, εύκαμπτα πλαστικά. Μια αγορά που επωφελήθηκε από αυτή τη βελτίωση ήταν η ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια.
Τα ηλιακά πάνελ στις αρχές έως τα μέσα του 20ου αιώνα ήταν βαριά, άκαμπτα πάνελ κατασκευασμένα από συμπαγές γυαλί και παχιά στρώματα υλικών που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Με τον καιρό, ο σχεδιασμός λεπτής μεμβράνης οδήγησε σε άκαμπτα πάνελ με πολύ χαμηλότερο βάρος που μείωσε τον χρόνο και το κόστος εγκατάστασης. Επιπλέον, οι λεπτές μεμβράνες επέτρεψαν την τοποθέτηση ηλιακών συλλεκτών σε φορητές αριθμομηχανές, ραδιόφωνα και κινητά τηλέφωνα ή φορτιστές με χαμηλό κόστος. Στα τέλη του 20ου αιώνα, τα ηλιακά κύτταρα κατασκευάστηκαν για πρώτη φορά σε πλαστική μεμβράνη, επιτρέποντας στο πάνελ να τυλιχτεί για αποθήκευση ή να εγκατασταθεί ως η εξωτερική επιφάνεια ενός κτιρίου ή οχήματος.
Η ενεργειακή απόδοση, μια μέτρηση του πόσο ηλιακό φως μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια, ήταν χαμηλή στα πρώτα ηλιακά σχέδια. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ηλιακούς συλλέκτες συνήθως αποθηκεύονταν σε μπαταρίες που είχαν τους δικούς τους περιορισμούς απόδοσης. Ήταν σημαντικό να μεγιστοποιηθεί η ενεργειακή απόδοση των ηλιακών σχεδίων και ο σχεδιασμός λεπτής μεμβράνης επέτρεψε την αύξηση της απόδοσης σε πάνω από 20 τοις εκατό στις αρχές του 21ου αιώνα, με πρόσθετες βελτιώσεις που αναμένονταν καθώς δοκιμάζονταν νέα υλικά.
Τον 21ο αιώνα, οι ηλιακές λεπτές μεμβράνες χρησιμοποιούσαν είτε μείγμα κρυσταλλικού και μη κρυσταλλικού, είτε άμορφου πυριτίου. Το κρυσταλλικό πυρίτιο μπορεί να συγκριθεί με την άμμο, όπου τα μόρια έχουν μια σταθερή, κανονική δομή. Ένα άμορφο υλικό είναι σαν το γυαλί, όπου τα μόρια είναι πιο τυχαία με διαφορετικές φυσικές και ηλεκτρικές ιδιότητες.
Ταυτόχρονα, μίγματα μετάλλων που μπορούσαν να δημιουργήσουν ηλεκτρισμό από το φως αναπτύχθηκαν για ηλιακές κυψέλες. Το σεληνίδιο του γαλλίου του χαλκού (CIGS) και το τελλουρίδιο του καδμίου (CdTe) ήταν δύο τεχνολογίες που χρησιμοποιήθηκαν ως εναλλακτική λύση στο πυρίτιο. Αυτά τα μέταλλα, αν και τοξικά σε ορισμένες περιπτώσεις, στερεώθηκαν άκαμπτα στο σχέδιο λεπτής μεμβράνης και εκείνη τη στιγμή δεν θεωρήθηκαν περιβαλλοντικοί κίνδυνοι. Σε όλες τις περιπτώσεις, οι κατασκευαστές επέλεξαν ένα συγκεκριμένο σχέδιο για να δημιουργήσουν την υψηλότερη απόδοση ανά μονάδα κόστους, προκειμένου να κερδίσουν πλεονέκτημα στην αγορά.
Ορισμένα προϊόντα μπορούν να ψεκαστούν με παρόμοιο τρόπο για να βάψετε σε βάση από γυαλί ή φιλμ. Εναλλασσόμενα στρώματα ηλεκτρικά αγώγιμων και μη αγώγιμων υλικών μπορούν να δημιουργήσουν ηλεκτρονικά κυκλώματα. Μια άλλη διαδικασία για την εναπόθεση λεπτών μεμβρανών είναι η εκτόξευση, όπου το υλικό εξατμίζεται και του δίνεται ηλεκτρικό φορτίο, όπου έλκεται από το υλικό βάσης με αντίθετο φορτίο. Το φως λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξάτμιση υλικών που πρόκειται να εναποτεθούν σε ένα υπόστρωμα. Το πλάσμα, μια ηλεκτρική εκκένωση υψηλής ενέργειας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά υλικών σε ορισμένα σχέδια λεπτής μεμβράνης.