24 Energie+ nr4 juli 2007De markt voor zonnecellen groeit sterk. De afgelopen ja-ren is sprake van een jaarlijkse groei van ruim 40 procent. Naarverwachting vlakt deze groei de komende jaren niet af. Een produc-tiemethode die leidt tot goedkopere zonnecellen is dus welkom. Ze-ker als het gaat om zonnecellen die geproduceerd worden met sili-cium wafers als basis. Deze categorie omvat ruim 90 procent vande wereldmarkt.De eerste stap in de productie van de wafers is het kristalliseren vangesmolten silicium. Het resultaat hiervan bestaat uit blokken sili-cium. Hieruit worden plaatjes gezaagd, waaruit vervolgens de wa-fers worden gezaagd. `Twee factoren zijn verantwoordelijk voor dehoge kosten van deze productiemethode,' vertelt Axel Sch?necker,directeur van RGS Development. `In de eerste plaats verloopt dewarmteafvoer in de blokken silicium traag. Hierdoor is de snelheidwaarmee gezaagd kan worden laag en het productietempo traag.Voorts gaat door het zagen veel materiaal verloren. Ongeveer dehelft van het silicium verlaat het productieproces als afval.' Het isdan ook niet verwonderlijk dat producenten van zonnecellen al de-cennia lang zoeken naar alternatieve manieren om wafers te ma-ken. Een van de manieren is om wafers direct uit gesmolten silici-um te maken, door het in gietvormen te laten stollen. `Dit beperkthet materiaalverlies. Bovendien kunnen wafers dan sneller gepro-duceerd worden.'ConcurrerenDit proces staat bekend als `ribbon growth on substrate', kortwegRGS. Het betreft geen nieuwe technologie. Vooral in Duitsland isdeze al ruim 15 jaar in ontwikkeling. De kern van deze productie-methode is dat vloeibaar silicium in een vorm wordt gegoten, dielangzaam onder de gietmond voortbeweegt. De gietvorm staat be-kend als `substrate'. Tijdens het afkoelen van het silicium ontstaatde kristallijne structuur in de wafers, die nodig is voor zonnecel-len. Dit is de `ribbon growth'. Doordat er gebruik gemaakt wordtvan een gietvorm, is het niet nodig de wafers op maat te zagen.Een probleem bij de RGS-methode, en andere methoden omWafer gieten maakt zonDoor Jan van den BergBij ECN is een nieuwe methode ontwikkeld om zonne-cellen te produceren. Dankzij deze `ribbon growth onsubstrate' kunnen modules met zonnecellen op basisvan silicium bijna een kwart goedkoper worden. Hetbedrijf RGS Development staat aan de vooravond vancommerci?le productie met deze methode.zonnecellen te maken, was lange tijd het geringe rendement van dezonnecellen. In 1991 was Telefunken in staat om met RGS de meesteffici?nte zonnecellen te maken. Het rendement bedroeg echterslechts 6 procent. Nu ligt dit op ongeveer 14 procent. RGS-zonne-cellen kunnen hiermee goed concurreren met zonnecellen die opeen andere manier worden gemaakt.Het Duitse concern Bayer heeft een grote rol gespeeld om dit moge-lijk te maken. Het bedrijf produceert wafers en heeft altijd nauwsamengewerkt met instituten die fundamenteel onderzoek doennaar de eigenschappen van silicium. Bayer heeft het principe vansilicium gieten sinds 1984 gestaag verder ontwikkeld met gebruik-making van de resultaten van dit onderzoek.Lopende bandHet Duitse bedrijf Deutsche Solar en ECN in Nederland hebben zichtoegelegd op een belangrijke volgende stap voor het productieproces.Voorheen werd de gietvorm slechts eenmaal gebruikt. Deze bestaatuit grafiet, hetgeen een kostbaar product is. Daardoor is het eenmaliggebruik van de gietvorm economisch niet verantwoord. Deutsche So-lar en ECN hebben een variant op de RGS-methode ontwikkeld, waar-bij de gietvorm opnieuw gebruikt wordt. Sch?necker legt uit: `Gietvor-men bewegen op een lopende band. Nadat de gietvorm gevuld is metvloeibaar silicium, beweegt de band verder, terwijl het silicium af-koelt, kritalliseert, stolt en een wafer vormt. De wafer wordt uit degietvorm verwijderd. Vervolgens wordt de gietvorm voorverwarmd,zodat deze weer onder de gietmond kan passeren om de volgendewafer te laten ontstaan. Dit proces kan continu worden gedraaid. Zon-necelproductie wordt hierdoor letterlijk een lopende band proces.'`Met deze methode is het mogelijk om op ??n productielijn 10 wa-fers per seconde te produceren,' vervolgt Sch?necker. `Het verliesnr 4 juli 2007 Energie+ 25necel kwart goedkoperaan silicium bedraagt minder dan 10 procent. Dankzij de RGS-me-thode kunnen de productiekosten van wafers ongeveer gehalveerdworden. Op het niveau van modules van zonnecellen is een kosten-reductie van ongeveer een kwart mogelijk. De kostenbesparing zitvooral in het lagere energieverbruik dat nodig is om het silicium tesmelten.'ProductielijnDe RGS-technologie is vanaf 2000 ontwikkeld door Deutsche Solarin nauwe samenwerking met ECN. Tussen dit jaar en 2004 is hetRGS-proces op laboratoriumschaal ontwikkeld. Hierbij ging hetvooral om het aantonen van de kosteneffectiviteit van de methode.In december 2005 maakten ECN en Deutsche Solar bekend omsamen met de financieringsmaatschappij Sunergy Investco een be-drijf op te richten (RGS Development) voor de verdere ontwikkelingvan de RGS-methode en de productie van zonnecellen. De drie aan-deelhouders investeren elf miljoen euro in RGS Development. HetMinisterie van Economische Zaken subsidieert het verder ontwik-kelen van de productietechniek.Inmiddels is de methode zover ontwikkeld dat een productielijngebouwd kan worden. Zo heeft het Nederlandse bedrijf GTI Indu-strial Automation afgelopen februari de opdracht gekregen om deengineering van hard- en software voor de besturing van de pro-ductielijn te verzorgen. Het doel dat zonnecelproducenten voorogen staat, is een fabriek te bouwen die een jaarlijkse productieca-paciteit heeft van cellen met een totaal ver-mogen van 100 MW.Dit is volgens Sch?necker een schaalgrootte die het mogelijk maaktom zonne-energie te laten concurreren met andere vormen vanduurzame energie.De verwachting is dat de RGS-methode de mogelijkheid biedt om(met gebruikmaking van ??n oven voor het smelten van silicium)een productielijn te bouwen met een jaarlijkse capaciteit van rondde 35 MW. Er zijn dan drie productielijnen nodig om een fabriekvan 100 MW per jaar mogelijk te maken. Dit zal enerzijds te dan-ken zijn aan de lagere productiekosten ten gevolge van snellere pro-ductie en een lager materiaalverlies. Anderzijds zal de schaalgroot-te van de fabriek tot reductie van de kosten per eenheid leiden. `Detoekomst voor RGS Development ziet er goed uit.Landen als Duitsland, Japan en China zetten inop grootschalige toepassing van zonne-ener-gie. Vermindering van kosten is hierbij vangroot belang. RGS Development kan hiereen bijdrage aan leveren,' aldus Sch?-necker. ?De markt voor zonnecellen blijft sterkgroeien. Marktpartijen hopen teprofiteren van een stevige kosten-daling.Controlevan nieuwesiliciumwafers.FotoElizaSnowFotoBj?rnKindler