Dunnefilm PV lab: van onderzoek naar opschaling

In ons dunnefilm pv lab werken we voor en met bedrijven aan het verder verhogen van de opbrengst, verlagen van de kosten en het op veel grotere schaal kunnen verwerken van dunnefilm pv in allerlei producten.

In Eindhoven beschikken we over state-of-the-art technologieën en faciliteiten voor het maken, meten, testen en analyseren van nieuwe materialen, technieken en toepassingen. We richten ons hier vooral op twee materialen: de combinatie van koper, indium, gallium en seleen (CIGS) en het betrekkelijk nieuwe perovskiet. Veel onderzoek op het gebied van dunnefilm pv doen we samen met de industrie, met universiteiten en binnen het Solliance R&D consortium waarin TNO een belangrijke partner is.

Perovskiet

In het lab hebben we opstellingen waarin zuurstof- en watervrij gewerkt kan worden, zoals glove boxes. Zo onderzoeken wij bijvoorbeeld hoe we de opbrengst van perovskiet zonnecellen kunnen verhogen en op hetzelfde niveau brengen als dat van kristallijn silicium. Verder willen we de technologie opschalen van de huidige laboratorium celletjes van enkele vierkante millimeters tot dertig centimeter breed en vrijwel oneindig lang, onder andere met de ontwikkeling van roll-to-roll productietechnologieën. Perovskiet heeft als voordeel dat de grondstof goedkoop is en het als zeer dunne laag vrij eenvoudig is aan te brengen op een substraat.

We beschikken over een groot scala aan depositieapparatuur om dat te kunnen doen op verschillende formaten. Verder hebben we hoogwaardige machines om perovskiet zonnecellen op folies te printen. Dat is een belangrijke stap in de opschaling. Een andere belangrijke ontwikkeling is het combineren van perovskiet met kristallijn silicium en CIGS, of zelfs met een peroskiet met een iets andere samenstelling, in zogeheten tandems. Daarmee is uit hetzelfde oppervlak een veel hogere opbrengst te halen. Omdat kristallijn silicium nog altijd dominant is in de markt, is het voor bedrijven die deze zonnepanelen produceren interessant om betrokken te zijn bij technologieontwikkeling waarbij de perovskiet-cel als extra sub-cel toegepast wordt.

Dunnefilm module technologie

Ontwikkeling van nieuwe dunnefilm moduletechnologie voeren wij voornamelijk uit met CIGS, maar is ook toepasbaar op andere dunnefilm pv-technologie. Wij werken aan optimalisatie van de prestaties en van het productieproces van deze CIGS zonnefolies en doen dit samen met vrijwel alle partijen die wereldwijd actief zijn met CIGS-technologie en -producten. We richten ons vooral op het verbeteren van CIGS-zonnecellen, onder meer met onze unieke selenisatie-oven waarmee we op hoge temperaturen kunnen experimenteren met betere materialen en snellere processen. Daarnaast werken we aan alternatieve beschermende coatings om de kosten van inkapselen te reduceren. Om de betrouwbaarheid van zonnecellen en modules te testen stellen we deze producten in speciale klimaatkasten bloot aan verschillende omstandigheden zoals afwisselend hoge en lage temperaturen, of gecombineerde temperaturen met verschillende gradaties in vochtigheid. Verder hebben we apparatuur om flexibele dunnefilm zonnemodules op allerlei manieren mechanisch te belasten om de stabiliteit te testen.

Elektronische schakelingen in combinatie met de moduleconfiguratie voor dunnefilm pv modules kunnen op verschillende manieren worden gemaakt. Wij gebruiken lasertechnologie om nieuwe oplossingen te ontwikkelen om de productie te verbeteren en opbrengst te verhogen.

Integratie lab

We zijn hard op weg met de integratie van dunnefilm zonnecellen in bouwelementen, van dakpannen tot gevels en auto’s. We hebben een pilot productielijn gebouwd die model staat voor een nieuwe generatie fabrieken die flexibele halffabricaten met pv functionaliteit, het zogeheten zonne-laminaat, gaan produceren. Door het design van de processen en de tools zijn we in staat vele dezelfde zonne-laminaten te produceren (massaproductie). Maar evengoed kan elk individueel zonne-laminaat er anders uitzien, afhankelijk van de beoogde componenten die met dit zonne-laminaat geïntegreerd dienen te worden (customization). Daarom wordt dit concept het mass customization concept genoemd: geschikt voor massaproductie van één en hetzelfde zonne-laminaat tot massaproductie in series van één. Dit maakt het mogelijk om zonnecellen snel, flexibel en betaalbaar in uiteenlopende producten te integreren. Op die manier maken we zoveel mogelijk gebruik van bestaand oppervlak en geven we dat een extra pv-functionaliteit. Voor en met fabrikanten van bouwelementen ontwikkelen we nieuwe concepten en ontwerpen, doen we uitgebreide tests en verzorgen we demo's. Onderzoek naar en opschaling van integratie van zonnecellen in de gebouwde omgeving neemt aan belang toe, zeker nu energieneutraal bouwen de nieuwe norm is en sinds 2021 zelfs wettelijk verplicht (BENG).