Snellere productie goedkope zonnecellen mogelijk

De TU Delft heeft aangetoond dat de productiesnelheid van goedkope zonnecellen met een factor tien kan worden verhoogd. Dit gaat bovendien niet ten koste van het rendement van de cellen. Door de versnelde productie kunnen deze cellen, gemaakt uit amorf silicium, waarschijnlijk verder dalen in prijs. Op maandag 14 maart promoveert Michael Wank op dit onderwerp aan de TU Delft.

Kristallijn silicium

Elektriciteitsproductie uit zonnecellen is potentieel een zeer aantrekkelijke en duurzame technologie. Probleem is echter dat de kosten van elektriciteit uit zonnecellen nog behoorlijk hoger liggen dan bij conventionele, fossiele bronnen. Die hoge kosten hebben onder meer te maken met de eigenschappen van het meest gebruikte zonnecelmateriaal: kristallijn silicium.

Alternatief

"Een interessant alternatief voor kristallijn silicium is zogenoemd amorf silicium", zegt prof.dr. Miro Zeman van de TU Delft, promotor van Michael Wank. "Dit materiaal heeft weliswaar een lager rendement dan kristallijn silicium, maar deze zonnecellen zijn wel goedkoper te produceren. Door de eigenschappen van het materiaal volstaan veel dunnere laagjes (circa 250 nanometer dik) dan bij kristallijn silicium (200 micrometer dik)."

Snelheid te laag

Zonnecellen uit amorf silicium worden dan ook in de praktijk al geproduceerd. "Een belangrijk probleem voor de industrie is echter dat de gebruikelijke productietechniek (het opdampen van laagjes uit silaangas) te traag is. De snelheid van het aanbrengen van een laagje bedraagt ongeveer 0,1 nanometer per seconde. Daardoor duurt het aanbrengen van een volledige laag van 250 nanometer, ongeveer 40 minuten", zegt Zeman. "Dat is eigenlijk te lang, wat zich vertaalt in een te hoge kostprijs."

Rendement

Promovendus Michael Wank richtte zich daarom op de nieuwe productietechniek ETP-CVD (expanderend thermisch plasma chemische damp depositie) en had daarmee opmerkelijk succes. Deze productietechniek is ontwikkeld door de Technische Universiteit Eindhoven en het project van Michael Wank, gesubsideerd door Agentschap NL, is uitgevoerd in samenwerking met de Plasma and Material Processing groep van prof. dr. Richard van de Sanden. De productiesnelheid ging uiteindelijk met een factor tien vooruit, naar 1 nanometer per seconde. Dit met behoud van een goed rendement (voor amorf silicium) van rond de 7 procent.

Obstakel

Wank moest hiervoor nog wel een obstakel overwinnen. De ETP-CVD depositietechniek is namelijk geschikt om amorf silicium van voldoende kwaliteit te maken bij een temperatuur van ongeveer 350 graden Celsius. Bij die productietemperatuur wordt echter schade aan de zonnecel aangericht, waardoor het rendement zakt.

Om dit te omzeilen paste Wank tijdens de productie een bombardement met ionen (geladen deeltjes) toe. De ionen voorzien het aangroeiende oppervlak van voldoende energie. Hierdoor kan de productie plaatsvinden bij een veel lagere, en niet schadelijke, temperatuur van ongeveer 200 graden Celsius.

Industrie

"De resultaten van het onderzoek zijn zeer interessant voor de industrie, die de methode kan gebruiken om snel goedkope zonnecellen te maken", zegt Zeman. "Naast de hogere snelheid, kunnen de benodigde machines bij deze techniek bovendien kleiner blijven. Deze techniek belooft al met al een aanzienlijke verlaging van de productiekosten van dit type zonnecellen."