De TUE-onderzoeksgroep van Erwin Kessels heeft onlangs op de IEEE Photovoltaic Specialist Conference in Philadelphia een paper gepresenteerd met Q-Cells, de zonnecelmaker die in 2008 de grootste productie ter wereld kende. Met het Duitse bedrijf onderzocht Kessels of een met atoomlaagdepositie (ALD) aangebracht laagje aluminiumoxide bestand is tegen de procescondities van een industrieel zonnecelproductieproces. De samenwerking wordt volgens de Eindhovense onderzoeker voortgezet, maar over de aard en duur daarvan zegt hij geen details te kunnen onthullen.
ALD-specialist Kessels van de Eindhovense groep voor plasmafysica stond aan de wieg van de toepassing van ALD in zonnecelproductie. Zijn groep ontdekte dat een laagje aluminiumoxide een uitstekende passivator is voor zonnecellen die voornamelijk van N-type silicium zijn gemaakt. Een passivatielaag voorkomt dat door invallend zonlicht gecreëerde elektron-gatparen recombineren aan het oppervlak van de zonnecel. Alleen dan leveren ze een bijdrage aan de zonnestroom. Hoe beter de passivator, hoe hoger het rendement.
Het voordeel van N-gedoteerd silicium is dat het minder gevoelig is voor verontreinigingen dan P-type, dat tot dusver het belangrijkste materiaal vormt van een conventionele zonnecel. Omdat N-type silicium minder grondig gezuiverd hoeft te worden, zijn er goedkopere zonnecellen mee te maken. Onlangs startte de Chinese PV-fabrikant Yingli Green Energy samen met ECN en Tempress een pilotlijn voor N-type zonnecellen. Hierin speelt ALD echter geen rol. Er loopt wel een Europees project om te onderzoeken of de zelf-limiterende techniek toepasbaar is in dunnefilmcellen voorzien van silicium nanostaafjes.
Kessels en Q-Cells hebben onderzocht of de gunstige eigenschappen van het met ALD opgebrachte laagje aluminiumoxide overeind blijven in een typisch productieproces. ’Daarin komt bijvoorbeeld een hogetemperatuursstap voor. Die zou de werking van de passivatielaag kunnen ruïneren‘, vertelt Kessels. Maar dat blijkt mee te vallen. ’De mate van passivatie zakt ietsje in, maar aluminiumoxide doet het zo goed dat je daar in het rendement van industrieel geproduceerde zonnecellen niets van zult merken.‘
Daarmee lijkt er een mooie toekomst weggelegd voor aluminiumoxide als passivator, maar of dat materiaal per se met ALD moet worden opgebracht, is nog onduidelijk. ’Als dat zo is, dan moeten machinebouwers innoveren, want momenteel is ALD een relatief traag proces. Vooralsnog zie ik daar desalniettemin veel mogelijkheden voor. Gezien de interesse vanuit de industrie sta ik daar niet alleen in.‘