STW.nl
Vidi is een financieringsinstrument uit de Vernieuwingsimpuls. Het stelt onderzoekers, die al een aantal jaren onderzoek doen op postdocniveau, in staat ...
Om zonne-energie echt te laten doorbreken, moeten zonnecellen eerst flink goedkoper worden en meer elektriciteit opwekken. Om daarin een doorbraak te forceren, zoeken wetenschappers en bedrijven elkaar op in het onderzoeksprogramma FLASH. ‘Samenwerking is nu standaard in dit veld.’ Eerst maar eens een langlopende discussie beslechten: Zonne-energie is daadwerkelijk duurzaam. Dat blijkt onomstotelijk uit onderzoek binnen het onderzoeksprogramma FLASH, dat begin 2017 werd afgerond. Het productieproces van een zonnecel kost weliswaar energie, en veroorzaakt uitstoot van broeikasgassen. Toch levert een zonnepaneel uiteindelijk meer energie op dan je erin hebt gestopt om ze te maken. Al jaren wordt de vraag gesteld of zonne-energie uiteindelijk wel milieuwinst oplevert, als je de hele productieketen meerekent vanaf de winning van grondstoffen. Promovendus Atse Louwen bracht de wereldwijde ontwikkelingen in de zonnecelindustrie van de afgelopen veertig jaar uitvoerig in kaart. Uit zijn analyse blijkt dat tussen 2011 en 2018 het omslagpunt is bereikt. Vanaf dat moment hebben alle zonnecellen die tot dan toe zijn geïnstalleerd meer energie geproduceerd dan wat door de zonnecelindustrie als geheel is gebruikt. Hetzelfde geldt voor de broeikasgasemissies. De zonnecelindustrie blijft weliswaar groeien, maar levert nu als geheel een positieve bijdrage aan het terugdringen van broeikasgassen. Sandwich van dikke en dunne lagenOndanks die positieve vaststelling valt er nog veel te verbeteren aan zonnepanelen. Gangbare zonnepanelen, zoals die bijvoorbeeld op daken liggen, zijn kostbaar en hebben een relatief laag rendement. Binnen het FLASH-programma bestudeerden onderzoekers samen met industriële partners een speciaal gelaagd type zonnecel: de zogeheten heterojunctie. In zo’n cel wisselen dikkere en dunnere laagjes silicium van verschillende samenstelling elkaar af om een zo efficiënt mogelijke zonnecel op te leveren tegen zo laag mogelijke kosten. Binnen het programma zijn allerlei aspecten van dit soort zonnecellen bestudeerd. De onderzoekers hebben bijvoorbeeld gemeten wat er gebeurt als je de verschillende lagen daadwerkelijk met elkaar integreert in een werkende zonnecel. ‘Eén zonnecel van een vierkante centimeter maakt echter nog geen paneel’ zegt programmaleider Ruud Schropp van de Technische Universiteit Eindhoven. ‘We hebben daarom ook bestudeerd wat er gebeurt als je zo’n cel van opschaalt van het lab naar een realistische productieschaal. Ook hebben we de economische en milieuaspecten van deze technologie vergeleken met de bestaande siliciumcellen.’ Nieuwe kennis, goedopgeleide mensenSchropp kijkt tevreden terug op het programma. ‘We kunnen nu beter bepalen waar je in een zonnecel elektrische lading kunt verliezen, en hoe je dat kunt voorkomen’, zegt de onderzoeker. ‘We hebben fundamenteel begrip opgedaan over hoe je materiaaldefecten kunt uitschakelen, en op welke plaatsen in de cel je dat vooral moet doen. Zo hebben we nieuwe soorten dunne lagen ontwikkeld met betere eigenschappen.’ Daarnaast verbeterden de onderzoekers de lichtabsorptie. ‘We hebben bijvoorbeeld een aantal nieuwe transparante materialen ontwikkeld om efficiënt elektrisch contact te maken met het silicium. En misschien nog wel het belangrijkste: we hebben een aantal promovendi opgeleid, die nu met gedegen kennis de markt op gaan.’ Profijt voor machinebouwersDe industriële partners die zich bij het programma aansloten, kunnen met deze inzichten flinke stappen vooruit zetten. Een van die partners is het bedrijf Tempress, dat machines voor grootschalige productie van zonnecellen fabriceert. ‘Voor ons is het nuttig om betrokken te zijn bij dit soort fundamentele onderzoeksprogramma’s’, zegt Peter Venema van Tempress. ‘Op die manier blijven we goed op de hoogte van de ontwikkelingen en mogelijkheden. Toen dit programma begon, was er een behoorlijke interesse vanuit de markt voor heterojunctietechnologie. Daar wilden wij vroeg bij aanhaken.’ Sterkere marktpositieOok machinebouwer Meyer Burger Netherlands kijkt tevreden terug en hoopvol vooruit, aldus Dana Borsa, research manager bij dat bedrijf. ‘Wij willen op de hoogte blijven van alle laatste technologische ontwikkelingen om nieuwe toepassingen voor onze producten te zien’, zegt Borsa.  Het FLASH-programma bood het bedrijf een unieke kans om zo vroeg mogelijk te weten welke typen lagen en materialen het meest veelbelovend zijn, en hoe je die kunt maken. Interessant was volgens Borsa vooral de opgedane kennis rondom de productie van een bepaald soort elektrische contactlagen. Borsa: ‘Wij verwachten dat dit soort lagen meerdere toepassingen zullen hebben, en we gaan onze machines dan ook aanpassen zodat ze die kunnen maken. Zo helpt de kennis opgedaan binnen dit programma ons bij de ontwikkeling en optimalisatie van onze producten, wat voor ons uitmondt in groei en een sterkere positie op de markt.’ Hecht netwerkBeide machinebouwers werden dankzij het FLASH-programma onderdeel van een hecht nationaal netwerk van onderzoekers en bedrijven die werken aan zonnecellen en dunne lagen. Dat netwerk vloeide vanzelfsprekend voort uit FLASH, in feite het eerste onderzoeksprogramma waarin op deze schaal werd samengewerkt.  Een van de betrokken partijen die daar veel waarde aan hecht is Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN). ‘Eerder waren er natuurlijk ook al wel samenwerkingsverbanden, maar die waren meer bilateraal van aard’, zegt Arthur Weeber, als onderzoek verbonden aan ECN. ‘Samenwerking binnen Nederland is nu standaard in dit veld, en uit FLASH zijn veel nieuwe samenwerkingsprojecten voortgekomen, onder andere in Europees verband.’ ===== Goedkopere zonnecellen met een hoog rendement: dat was het doel van het onderzoeksprogramma Fundamentals and Application of Silicon Heterojunction solar cells (FLASH). De afgelopen vijf jaar werkten onderzoekers van de universiteiten in Delft, Eindhoven, Nijmegen en Utrecht aan een doorbraak, samen met Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) en de machinebouwers Tempress en Meyer Burger Netherlands. Het programma is onderdeel van het financieringsinstrument Perspectief voor de Topsectoren. In een speciaal eindverslag blikken de partijen die betrokken waren bij FLASH terug op het programma. Het verslag is beschikbaar als pdf. Neem voor een gedrukt exemplaar contact op met NWO-domein TTW.