Organische dunnefilmcel op folie

Een kakelvers gebouw op de Eindhovense High Tech Campus en een nieuwe pilotproductielijn voor organische zonnecellen; Solliance, het onderzoeksinstituut voor dunnefilmzonnecellen, groeit snel.‘We zijn eigenwijs genoeg om te denken dat wij de technologie kunnen ontwikkelen om goedkoop te produceren.

Trots is dr. Hein Willems, directeur van het onderzoeksinstituut voor dunnefilmzonnecellen Solliance. Na vijf jaar staat dan toch maar dat nieuwe gebouw op de Eindhovense High Tech Campus, dat speciaal is neergezet voor verhuur aan Solliance. De officiële opening komt nog, maar de kantoren zijn al in gebruik. De laboratoria, ‘voor het echte werk’, zijn nog niet helemaal klaar. Zo staat het nieuwste kindje van Solliance, de Produzo, nog 10 km verderop in Nuenen bij mechatronicabedrijf CCM te wachten op transport.

De Produzo zorgt ervoor dat Solliance ‘vormvrij’ kan werken, zoals Willems het in jargon noemt. Dat betekent dat de machine zonnecellen in willekeurige vorm kan maken. Het is de laatste stap in het productieproces van een dunnefilmlijn. In deze processtap snijden lasers de zonnecellen op maat. Anders dan voorheen worden dan ook de geleidende contacten aangebracht. Ook daar gebruikt de Produzo lasers voor. Die trekken gootjes van één, twee of meer lagen diep, die daarna met geleidende zilverinkt worden opgevuld. Zo ontstaan de benodigde contacten. Het instituut demonstreert de technologie met een serie prachtige zonnecellen in de vorm van eikenbladeren. ‘Als je dunnefilmzonnecellen in gevels wilt verwerken, in kleding of op treinen, dan is vormvrij produceren essentieel’, stelt Willems.

Onderzoekers en industrie hebben intensief samengewerkt om de Produzo te maken. ‘Solliance vormt het verbindend netwerk voor iedereen die in deze regio aan dunnefilmzonneceltechnologie werkt. Dat maakt me misschien nog wel het meest trots.’ Willems is vanaf dag één betrokken bij Solliance, eerst vanuit energieonderzoekscentrum ECN, daarna als directeur. Op de dag van het interview met De Ingenieur maakte hij bekend dat hij na de zomer aftreedt. ‘Solliance gaat een nieuwe fase in, daar hoort een nieuw gezicht bij.’ In 2010 besloten ECN, de TU Eindhoven, TNO en het Holst Centrum om, met steun van de provincie Noord-Brabant, Solliance op te richten, en zo de krachten op het gebied van zonneceltechnologie te bundelen.

Het R&D-instituut richt zich op het ontwikkelen van nieuwe concepten en materialen en het testen van dunnefilmzonnecellen. Inmiddels hebben de bedrijven die daarmee bezig zijn, zich ook allemaal bij Solliance aangesloten, net als het Belgische onderzoeksinstituut Imec en het Duitse Jülich. Met de nieuwbouw is de opbouw van het in- stituut achter de rug. Solliance moet nu gaan leveren: kennis en kunde voor al die partners, die stevig investeren in het onderzoek. De proefproductielijn voor de organische zonnecellen is een van de visitekaartjes. ‘Een prepilotproductielijn’, verbetert Willems. ‘We bouwen een lijn voor modules van 30 cm breed, dat is allemaal wat kleiner. Je kunt de modules zo lang maken als je wilt. Uiteindelijk wil je naar lappen van 100 cm breed. Maar als het ons met 30 cm lukt, dan moet verder opschalen geen probleem zijn.’

Omdat organische zonnecellen zijn te printen, dragen ze de belofte in zich van spotgoedkope, flexibele zonnecellen. Zo schetst Willems het beeld van een sportclub met kunstgras, die doordeweeks lappen met zonnecellen uitrolt op het wedstrijdveld. ‘En zo goedkope stroom oogst.’ Solliance werkt bijvoorbeeld ook aan zonnecellen in tentdoek; de demonstratiemodules zouden over een jaar klaar moeten zijn.

Voor de grote marktdoorbraak moet het rendement van organische zonnecellen verder omhoog. In het laboratorium staat het record nu op 12 %, maar in een echt productieproces haalt niemand dat. ‘De toekomst van organische zonnecellen hangt af van twee factoren: het rendement en de productiekosten. De ene moet omhoog, de andere omlaag. Die twee factoren hangen samen: wanneer je spotgoedkoop kunt produceren, is het rendement minder belangrijk – en andersom.’ Organische zonnecellen staan nog aan het begin van de leercurve, aldus Willems. Hij verwacht dat Solliance de komende tijd een rendementsverbetering van 2 % per jaar zal moeten halen om in het veld mee te kunnen doen. ‘Als je in de zonnecelindustrie wilt werken, moet je voortdurend superinnovatief zijn. De ontwikkelingen gaan hard. Dat is de reden dat bedrijven nu instappen. De essentiële patenten worden nu vastgelegd. Als je over een paar jaar mee wilt gaan doen, ben je te laat.’

Je zou het moordende innovatie kunnen noemen: wie niet in hoog tempo vernieuwt, verdwijnt. Willems ziet dat nu gebeuren bij de niet-organische CIGS-zonnecellen, een ander type dunnefilmtechnologie waar Solliance onderzoek naar doet. CIGS is de Engelse afkorting van de halfgeleider die in de cel zit, een mengsel van koper, indium, gallium en seleen. CIGS-cellen halen in productie een rendement van 15 %; ze zijn al op de markt. Willems ziet ze als serieuze concurrent voor de traditionele silicium zonnepanelen. ‘Bij CIGS is iedereen momenteel op zoek naar de beste productietechnologie.’ Het is daarbij erop of eronder. ‘Een aantal spelers zal zijn technologie sterk verbeteren, de rest zal vervolgens moeten afhaken.’

Solliance ontwikkelt ook nieuwe productiemethoden voor CIGS. ‘Wij hakken de productielijn in stukken en vervangen een aantal processtappen. Waar we eerst gebruikmaakten van opdampen, gaan we nu over op een elektrochemisch depositieproces. Er is dan geen vacuüm nodig, wat de kosten drukt.’ De Produzo zal ook op deze lijn worden ingezet. ‘Die machine is voor zowel organische zonnecellen als CIGS te gebruiken. Dat is meestal zo: technologie die je voor de ene vorm van dunnefilmzonnecellen ontwikkelt, is ook inzetbaar voor de andere vormen.’

Wat maakt nou dat Willems verwacht dat de technologie van Solliance bij de overlevers zal horen, zowel bij organische zonnecellen als bij CIGS? ‘Tja, zonder dat geloof moet je er niet eens aan beginnen. We hebben hoge verwachtingen van die elektrochemische depositiemethoden, we hebben veel kennis van atomic layer deposition, een dunnefilmdepositietechnologie om structuren te laten groeien. En de Produzo, dat is technologie die we kunnen commercialiseren.’ Bovendien heeft Solliance goede technici in huis. ‘Mensen vinden het prettig om te werken aan innovaties die maatschappelijk nut hebben. We ontvangen altijd veelbelovende sollicitaties.’