Zonne-energie staat op de rol

Zonlicht omzetten in elektriciteit heeft de toekomst, maar zonnecellen zijn tot nu toe te duur. Vandaar dat er wordt gewerkt aan productiemethoden die de prijs gaan drukken....

Broer Scholtens

HET WORDT een haastig rondje door de fabriekshal van het Akzo Nobel researchlab in Arnhem, waar rollen en nog eens rollen in alle hoeken staan. Er zouden immers eens technologische geheimen aan het licht kunnen komen. In de hal is een productielijn in aanbouw om zonnecellen te maken, bij wijze van proef voor het uitproberen van een nieuw productieproces, een 'rol-naar-rol'-procédé.

In grote lijnen komt het erop neer dat straks rollen kunststoffolie de proeffabriek in gaan, waarna die er na diverse bewerkingstappen aan de andere kant uitkomen als een zonnecelfilm, ook weer op een rol, net behangpapier. Rollentechnologie biedt uitzicht op massafabricage.

Die is nodig om een flinke prijsduikeling van zonnecellen te bewerkstelligen en daarmee van de prijs van de elektriciteit die eruit komt. Met een factor vijf zodra het proces op grote schaal draait, verwacht Akzo Nobel. Grootschalige toepassing van zonnecellen komt daarmee in beeld.

In de hal van chemiebedrijf Akzo Nobel staan inmiddels al een paar machines voor de proeffabriek, deels nog ingepakt. Tegen het eind van volgend jaar komt een belangrijk deel van die productielijn in bedrijf, verwacht projectleider dr. Gert Jan Jongerden van Akzo Nobel.

Daar wordt sinds 1997, samen met universitaire onderzoeksgroepen uit Utrecht, Delft en Eindhoven, gewerkt aan de ontwikkeling van het nieuwe productieproces. Enige maanden geleden is ook Shell Solar, inmiddels een van 's werelds grootste producenten van zonnecellen, in het project gestapt.

Zonne-energie heeft een gouden toekomst. Elke toekomstvoorspeller, van serieuze scenarioschrijver tot koffiedikkijker, gaat daarvan uit, of die nu in dienst is van Greenpeace of van Shell, dat maakt niet uit.

'Een toekomst zonder zonne-energie is ondenkbaar', zegt prof. dr. Wim Sinke van het onderzoekscentrum ECN in Petten, waar nogal wat energie-onderzoek is geconcentreerd. 'Zonnecellen gaan daarbij een belangrijke rol spelen. Ze zetten zonne-energie direct om in elektriciteit zonder storingsgevoelige, bewegende delen. Dat heeft grote voordelen.'

Duurzame energiebronnen, waaronder zonne-energie, zo stelt olieconcern Shell in zijn recent gepubliceerde scenario's, leveren over vijftig jaar een bijdrage van 30 tot 50 procent van de benodigde energie, wereldwijd. Dat kan omdat de prijs van zonne-energie, met name zonnestroom - nu nog factoren te hoog - door technologische ontwikkelingen drastisch zal dalen. Zonnestroom kan dan de concurrentie aan met aardgas en steenkool, onder andere.

De zonnecellen waarvan nu panelen worden vervaardigd, worden gemaakt van superzuiver, kristallijn silicium, een duur materiaal. In de productietechnologie is nog veel te verbeteren om de kosten te reduceren, erkent Sinke. Zonnepanelen zetten nu 12 tot 15 procent van de energie in het zonlicht om in elektriciteit.

Met enkele wijzigingen in het productieproces, zoals het aanbrengen van een dunne laag siliciumnitride, is dat rendement op te voeren tot 20 procent. Siliciumnitride voorkomt niet alleen reflectie van zonlicht, het materiaal 'repareert' ook foutjes in het onderliggende silicium waardoor zonlicht effectiever in stroom wordt omgezet.

Zo'n rendementsverhoging vertaalt zich in een lagere prijs voor de zonnestroom. 'In het laboratorium is het aanbrengen van een nitridelaag inmiddels een bewezen technologie', zegt Sinke. 'De meeste zonnecelproducenten wereldwijd overwegen deze extra productiestap op korte termijn te implementeren.'

Ook het gebruik van minder materiaal resulteert in lagere kosten. De siliciumplakken voor de zonnecellen worden gezaagd uit dikke blokken of staven duur siliciumkristal. Zagen is een traag proces waarbij bovendien ongeveer de helft van het materiaal verloren gaat. De plakken zijn nog relatief dik, ongeveer drietiende millimeter. Dat kan nog wat dunner, maar dat levert dan nog steeds veel materiaalverlies op.

Een alternatief is het uitgieten van heet, vloeibaar (zuiver) silicium op een stevige dragerplaat, van grafiet of keramiek. Het principe van zo'n gietproces is bewezen. Er moet nu in de praktijk worden aangetoond dat met zo'n proces ook continu, in grote aantallen, plakken zijn te maken, zegt Sinke. Op de tekentafel ligt een ontwerp van een proefmachine voor een compacte zonnecelfabriek. In de loop van volgend jaar zal zo'n machine in Petten worden opgebouwd. 'Werkt het, dan zijn de productiekosten van siliciumplakken met minimaal een factor twee terug te brengen.'

Een verbeterd en aangepast productieproces zal resulteren in een prijsverlaging van zonnecellen waardoor nieuwe, grotere markten voor het gebruik ervan zullen ontstaan. De opgedane kennis is nuttig om de volgende technologiestap te kunnen zetten, meent Sinke. 'Het gebruik van een dunne laag amorf silicium als zonnecel op bijvoorbeeld een dunne, flexibele film.'

'We hebben het dan over een siliciumlaag van hooguit eenduizendste millimeter dik, waardoor er driehonderd maal minder zuiver silicium nodig zal zijn', beargumenteert Gert Jan Jongerden van Akzo Nobel de beslissing van zijn bedrijf in de productie te stappen van zonnecellen, gemaakt in de vorm van filmrollen. Basale technologiekennis daarvoor heeft het bedrijf opgedaan met de fabricage van onder meer optische films.

Het idee is rollen aluminiumfolie door een reeks van opdampmachines te halen waarop vervolgens stapsgewijs een vijflaagse zonnecel - in grote oppervlakken - wordt opgebouwd, bestaande uit elektroden, een actieve siliciumlaag en enkele kunststoflagen ter bescherming en versteviging. Zo ontstaat een complete zonnefolie van één millimeter dik op een rol.

De (tijdelijke) aluminiumlaag, nodig om een superdunne siliciumlaag te kunnen maken, is aan het eind van het proces overbodig, en wordt verwijderd. Het (dure) aluminium kan in de recycling. Die stap, het wegetsen van het laagje aluminium van tegen de honderd micrometer, met een zuur of base, is een van de innovatieve stappen in het productieproces, zegt Jongerden. 'Diverse patenten hebben daarop betrekking.'

Uit de proeffabriek, die in aanbouw is, komen straks zonnecelrollen van dertig centimeter breed. Op zijn vroegst komen daar in 2003 de eerste testrollen uit. Pas dan kan een beslissing worden genomen over de bouw van een fabriek met een jaarproductie van vele honderden kilometers zonnecelfolie op vier maal zo brede rollen.

Dat zijn optimistische gedachten, die voorlopig nog zijn gebaseerd op slechts enkele vierkante centimeters zonnecelfilm op een rolletje, met bovendien een bescheiden omzettingsrendement van 7 procent. 'We doen fundamenteel onderzoek om dat rendement verder te verhogen, terwijl met de meeste stappen in het productieproces inmiddels ervaring is opgedaan, ook in massafabricage, zij het voor andere toepassingen', verklaart Jongerden.

Zonnecelfilm, buigzaam en onbreekbaar, is in principe op wanden, daken en zelfs op de luxaflex te plakken. Dat nieuwe proces resulteert zo niet alleen in lagere productiekosten maar het levert ook een gemakkelijker en goedkoper te installeren product op, zegt Jongerden van Akzo Nobel. Met partner Shell steekt het concern de komende jaren enkele miljoenen guldens per jaar in de ontwikkeling van het nieuwe productieproces.

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden