Innovatie als wapen op een concurrerende markt

Nieuwsbericht |
Topsector Energie in gesprek
TKI Urban Energy
Maatschappelijk verantwoord innoveren energie
Systeemintegratie
|
levitech

Topsector Energie in gesprek met Jaap Beijersbergen. Hij is directeur van Levitech en zat in dertien projecten in het kennisnetwerk Zon PV. Levitech (25 personeelsleden) is een spin-off van ASM International en werkt met een speciale ‘levitatietechniek’ aan machines die chips en zonnecellen verbeteren. Onder Zon-PV werkte CEO Jaap Beijersbergen aan de verhoging van het rendement van zonnecellen.

Je zou kunnen zeggen dat de jongste activiteiten van Levitech voor zonnecellen bestaan bij de gratie van TKI-onderzoekprogramma’s en de samenwerking met kennisinstellingen, met name ECN/TNO. Het hart van de ontwikkelde technologie is de levitatietechniek: hete gassen houden de te bewerken wafers met chips of zonnecellen zwevend, waardoor die gemakkelijker kunnen worden voorzien van een coating.

Hoger rendement

In het geval van de Levitrack-machine gaat het om het aanbrengen van een coating van enkele nanometers aluminiumoxide (Al2O3). Jaap Beijersbergen: “Zonnecellen verliezen rendement in de omzetting van het zonlicht naar elektriciteit doordat de negatieve elektronen in het halfgeleidermateriaal ‘recombineren’ met de positieve ladingen. Daardoor gaan ze verloren voordat ze buiten de cel energie kunnen opleveren. Het laagje aluminiumoxide is eigenlijk een laagje van dipolen op de achterkant van de zonnecel. Dat laagje maakt de kans op recombinatie veel kleiner. Daarmee wordt het rendement van een zonnecel 1 tot 2 %-punten hoger.”

“Zonnecellen zijn een relatief eenvoudig ontwerp, verbeteringen verlopen in kleine stapjes”

Dat lijkt weinig ten opzichte van het normale rendement, zo’n 16 tot 18%, maar dat telt toch aan in de concurrerende markt voor zonnecellen. Beijersbergen: “Zo ziet de industrie er nu uit. Zonnecellen zijn een relatief eenvoudig ontwerp, verbeteringen verlopen in kleine stapjes.”

Ondanks de dominantie van Chinese zonnecel-producenten in de wereld vond de Nederlandse vinding toch zijn weg naar de markt. “Dat komt vooral omdat de Chinezen de race in de halfgeleidermarkt hebben gemist, en nu wel die dominantie willen in de zonnecelmarkt. Op dit moment hebben we twee machines bij Europese producenten staan en in totaal hebben we ongeveer tien machines geplaatst. Ik schat het potentieel op honderd machines per jaar in Azië. Maar het is een harde strijd, Europese machinebouwers hebben het zwaar.”

Dertien TKI-projecten

“Vooral het laatste stukje van de ontwikkeling is lastig. Het gaat om twee dingen: manufacturability en serviceability. Dat is echt iets voor ons, dat kan TNO niet bijhouden”

Het begon allemaal met een vinding van Erwin Kessels van de TU Eindhoven, waar Levitech wel brood in zag. Nu zijn we dertien TKI-projecten en acht patenten verder en de eerste machine is in 2012 verscheept naar de klant. “Vooral het laatste stukje van de ontwikkeling is lastig. Hoe krijgt de machine het juiste productietempo voor de klant, en: hoe zit het met het onderhoud? Als we deze machines in serie gaan produceren, gaat het om twee dingen: manufacturability en serviceability. Dat is echt iets wat wij in de samenwerking in de gaten moeten houden, dat kan TNO niet bijhouden. Wij staan dichter bij de klant en fungeren dus als interface tussen kennis en productie.”

“Maar in ons geval zijn de Topsectorprojecten zeer geschikt gebleken voor het ontwikkelen van dit product. Daar hebben wij natuurlijk zelf ook serieus geld ingestoken, bij elkaar zo’n vier miljoen. Daar kregen we kennis voor terug. We konden onze coating testen op verschillende celconcepten, met retrofits van onze machine ter plaatse in het lab bij TNO. Zo konden we het concept van de depositie van aluminiumoxide testen op zowel n- als p-type zonnecellen.”

“Dat gaat dan in kleine aantallen want de focus is dan op de kwaliteit. Vervolgens is het onze opgave om de productiesnelheid, dus de kwantiteit omhoog te krijgen. In die zin denk ik dat ECN/TNO ook geleerd heeft van ons, bijvoorbeeld over hoe de ‘total cost of ownership’ omlaag kan.”

Engineering

In de praktijk was het grootste obstakel in de ontwikkeling dan ook: Hoe gaat de productie van de machine omhoog van 120 wafers per uur op labschaal naar 2400 wafers per uur in een industriële omgeving, inclusief het bijbehorende snelle transportmechanisme. “En dan zonder dat het aluminiumoxide zich afzet op de machine zelf, want dan moet je die steeds schoon bikken. Lastig: van dit materiaal worden ook hittebestendige hoogoventegels gemaakt.”

Veel had Beijersbergen aan de informele TKI-dagen. “Dan zit je samen aan het diner, het ontbijt of de borrel. Daar worden verrassende ideeën uitgewisseld, die we konden toepassen op de serieproductie. Al zal het idee om deze coating te gebruiken om regenjassen beter bestand te maken tegen regen het wel niet halen…”

Dat is ook de fase waarin het fundamentelere onderzoek bij TNO belandde bij de werktuigbouwers van Levitech. “Dan krijg je ideeën als: laten we het materiaal nu eens niet uitfrezen, maar in heel dunne vorm omvouwen. Of: zorg dat dat ene schroefje nog bereikbaar is voor de onderhoudsmonteur, zonder dat de hele machine uit elkaar hoeft. Typisch engineering, maar wel heel belangrijk.”
 
Het volgende interview verschijnt op 12 augustus met Wim Sinke, principal scientist TNO en hoogleraar UvA, partner in het netwerk voor Zon-PV.