BOM en TNO werken aan blauwdruk voor Brabantse fabriek perovskietzonnecellen

SunChain is de opvolger van Sunday, het grootste eendaagse congres voor de zonne-energiebranche. Dit kennisevenement – onder meer gericht op de pv-branche, bouwsector, leveranciers van materialen, machines, tooling en componenten en beleidsmakers – wordt georganiseerd door SOLA en vindt plaats in het Utrechtse stadion Galgenwaard. De provincie Noord-Brabant wordt er onder meer vertegenwoordigd door Mark Boneschanscher – managing director van Eindhoven Institute for Renewable Energy Systems (EIRES) – die er de TNO-BOM rondetafeldiscussie ‘Toepassing flexibele perovskiet zonneproducten uit Brabant’ leidt.

Dunnefilm-pv
The next big thing in solar. Dat is de algemene verwachting die aan de perovskietzonnecel hangt. Volgens TNO overtreft de efficiency van perovskietzonnecellen inmiddels die van dunne-filmtechnologieën zoals cadmium telluride (cdte) en koper indium gallium selenide (cigs). Het rendement van perovskietzonnecellen, die kunnen worden toegepast als dunnefilm-pv en in pv-modules met meerdere lagen zonnecellen, ontloopt dat van siliciumzonnecellen nog maar weinig, althans in het lab.

Paul Gosselink, programmamanager Nieuwe Energie bij BOM Ecosysteemontwikkeling verwacht veel van deze jonge technologie die volop in ontwikkeling is.‘Het overgrote deel van alle gefabriceerde silicium zonnepanelen ter wereld komt inmiddels uit China. Het belang van zonnestroom voor de energietransitie maakt dat het de hoogste tijd is om de productie weer naar Europa te halen. We zien dat de hele markt voor siliciumzonnecellen voor maakbedrijven lastig is geworden en kiezen voor een andere route: de introductie van de nieuwe generatie flexibele roll-to-roll gemaakte perovskietzonnecellen.’

Lage productiekosten
Gosselink noemt een aantal voordelen van perovskietzonnecellen, waarvan de eerste nu mondjesmaat op de markt komen. Het productieproces, waarbij perovskiet op een ondergrond wordt aangebracht, is eenvoudig en het kan bij lage temperaturen. Hierdoor kost het minder energie om ze te maken en blijven de productiekosten laag. Wat betreft prijs kan er daarom worden geconcurreerd met zonnepanelen op basis van silicium. Het productieproces verschilt danig van dat van siliciumzonnecellen, waarbij het investeringsvolume veel lager is.

Complete propositie
‘Daarnaast is de CO2-footprint 40 procent lager’, aldus Gosselink. ‘Je kunt de delen eenvoudig scheiden en die zijn daarna weer herbruikbaar. Het wordt nu tijd voor opschaling naar volwaardige commerciële perovskietzonnepanelen. Er is veel kennis die naar producten moet worden vertaald. Vanuit de BOM help ik daarom bedrijven bij elkaar te brengen die samen een complete propositie ontwikkelen en die in de markt zetten, ook internationaal.’

10 stappen
Om de stap van laboratorium naar daadwerkelijke fabricage van een commercieel product te zetten, werkt BOM samen met TNO aan een fabrieksontwerp. TNO levert eind dit jaar een blauwdruk van hoe die eruit zou moeten zien, vertelt Gosselink. Het productieproces zal uit ongeveer 10 stappen bestaan. Per stap wordt bekeken wie daarvoor de apparatuur zou kunnen leveren. ‘Parallel daaraan ben ik bezig dat nieuwe bedrijf op te tuigen, als één onderneming of een joint venture met bedrijven in binnen- en buitenland. In Amerika, België, Engeland, Italië en Polen zijn ook een aantal bedrijven met deze technologie bezig. Maar ook dichter bij huis zijn bedrijven te vinden die een aandeel aan de nieuwe fabriek kunnen leveren, denk bijvoorbeeld aan VDL, HyET, MCPV en Spatial Atomic Layer Deposition (SALD)-bedrijven SparkNano, SALD en Kalpana. Er is samenwerking mogelijk om de beste zonnecel te maken.’ 

Atoomlagen
Ook dicht bij huis zijn dus bedrijven te vinden die een bijdrage aan de nieuwe fabriek kunnen leveren, bijvoorbeeld SALD. Deze Eindhovense onderneming maakt apparatuur waarmee het dunne atoomlagen kan aanbrengen, onder andere op zonnecellen. ‘Die laagjes zijn zo dun dat je ze bijna niet kan meten en zeker niet kan zien’, vertelt Pieter van der Marel, business- developer bij SALD. ‘De nieuwe generatie perovskietzonnecellen kent meerdere laagjes met uiteenlopende functies. Die bevinden zich aan de voorkant van de zonnecel waar het licht intreedt en de stroom wordt opgewekt. Wij zijn in staat die toe te voegen – omdat het materiaal zo dun is, kunnen we er verschillende op elkaar stapelen.’

Goede geleiding
De nanolagen van SALD geven weinig weerstand en zorgen voor een zeer goede geleiding. Een andere eigenschap is de hoge dichtheid. ‘Wij kunnen heel goede beschermende coatings maken op basis van aluminiumoxide. Waarmee we de doorlaatbaarheid van water in de zonnecel kunnen verminderen’, zegt Van der Marel. ‘Dat is cruciaal voor deze zonnecellen want de perovskietmaterialen zijn erg gevoelig voor degradatie onder invloed van water. De lage weerstand en de goede bescherming verhogen bovendien het rendement. Als de zon opkomt of nog achter de wolken zit, gaat de zonnecel al werken.’

Grote volumes
Omdat de Spatial ALD-technologie nog in ontwikkeling is, doet SALD veel mee in onderzoeksprojecten. Van het NextGen HighTech groeifonds en het Waterstof coalitie Brabant- project, tot internationale EU Horizon tandem-solarprojecten in Brussel. Momenteel levert het voornamelijk R&D-machines voor onderzoek. ‘We richten ons niet alleen op perovskietzonnecellen’, vertelt Van der Marel.  ‘Als volgende stap ontwikkelen we nu een systeem waarbij we grote volumes folie langs de printkoppen transporteren die de lagen aanbrengen. Op die manier kunnen we heel snel heel veel oppervlak coaten. Die hoge snelheid brengt veel kostenvoordeel met zich mee, zoals tijdsbesparing en lagere energiekosten. Ook de materiaalkosten zijn laag.’

Energieleverende gevels en daken
Gosselink ziet veel potentieel in de machines die SALD de komende jaren in de markt zal zetten. Het ALD-proces is een onderdeel van de fabriek die we met TNO ontwerpen. Het is mogelijk om de lagen op allerlei manieren toe te passen; op daken, infrastructuur, auto’s en gevels bijvoorbeeld. ‘We voeren dan ook gesprekken met bouwers en andere marktpartijen om de lagen in hun fabrieken te integreren tot een nieuw product. Denk bijvoorbeeld aan energieleverende wegen en façades van gebouwen. Daarbij wordt de coating mooi weggewerkt, waardoor het esthetisch veel beter oogt. Het is dan ook onze intentie om enkele pilotprojecten te gaan draaien. Een grote bouwer als Heijmans heeft al interesse getoond, omdat energieleverende gevels van belang gaan worden vanwege de eisen voor Bijna Energieneutrale Gebouwen (BENG).’

Noot: dit artikel kwam mede tot stand in samenwerking met Rob Hendriks (Hendriks Journalistiek).