Betere vochtbarrière voor zonnecellen

September 23rd 2015

Slim combineren van twee nanolagen levert een nieuwe, razendsnelle techniek op om folies voor flexibele/dunne laag zonnecellen en OLEDs te voorzien van een dunne vochtbarrière. De onderzoekers van DIFFER, TU/e en Fujifilm beschrijven hun combinatie van plasma-depositie en atoomlaagdepositie in het vakblad Plasma Processing and Polymers. Het team onder leiding van Hindrik de Vries en Adriana Creatore laat zien dat hun gecombineerde deklagen samen tot duizend keer beter vocht buiten houden dan de individuele lagen zouden doen. Daardoor mag de deklaag dunner zijn en kan de productiesnelheid omhoog.

 

Grootschalige toepassing

Om flexibele zonnecellen of OLEDs te beschermen worden ze afgedekt met een vochtbarrière. Die moet effectief vocht weren, maar een hoge productiesnelheid is ook belangrijk om de techniek commerciëel in te zetten. Het onderzoek naar grootschalige productie van functionele folies is onderdeel van het FOM Industrial Partnership Programme tussen Fujifilm Research en energie-instituut DIFFER en wordt ondersteund door het Europese project LIFE+.

Gestapelde nanolagen

De gecombineerde laag die de partners produceren heeft vergelijkbare barrière-eigenschappen als bestaande commerciële coatings, maar is potentiëel sneller aan te brengen. Het resultaat komt uit de synergie tussen de twee depositiemethoden. Plasma-expert Hindrik de Vries van DIFFER en Fujifilm ontwikkelt in zijn onderzoeksgroep een atmosferische roll-to-roll plasma depositietechniek (geladen gas) die een 50 nanometer dunne silicalaag neerlegt. Plasma- en materiaaldeskundige Adriana Creatore van TU/e legt daar enkele nanometers aluminiumoxide bovenop met atoomlaagdepositie. Medeonderzoeker Sergey Starostine (plasmafysicus, DIFFER): "De twee lagen die we aanbrengen zijn samen een duizend keer betere vochtbarrière dan ieder voor zich. Daardoor kan die gecombineerde laag veel dunner zijn en halen we een tientallen malen hogere productiesnelheid."Foto: Bram Lamers / DIFFER

Synergie

De silicalaag is een van de essentiële elementen in de gecombineerde vochtbarrière. De lagen worden aangebracht op een ondergrond van ruwe folie, waarop vooral de laag aluminiumoxide maar moeilijk aangroeit. Het silica is juist glad, met hoogteverschillen van maar vijf nanometer. Dat zorgt voor een stabiele ondergrond voor de ultra-dunne laag aluminiumoxide, die op zijn beurt weer microporiën in het silica afsluit. Direct werken op de polymere ondergrond zou tot tien keer meer processtappen vragen, wat niet past bij de snelheid van het commerciële productieproces waar de onderzoekers op in willen haken. Hindrik de Vries over het belang van de gecombineerde vochtbarrière: "Door deze combinatie van technieken kunnen we werken met een veel snellere plasmadepositie en veel minder cycli van atoomlaagdepositie." Dat maakt de productie van zonnecellen goedkoper.

Zonnecel op rol

Organische en hybride flexibele zonnecellen zijn een ideale tool voor duurzame bouwers omdat ze kunnen worden geïntegreerd in de constructie, naast de traditionele zonnepanelen op het dak. Grootschalige inzet wacht onder andere op een goede beschermlaag voor de zonnecellen. Die wordt commerciëel interessant als de productiesnelheid omhoog kan en daarmee de productiekosten omlaag.

Dunner, sneller

De kwaliteit en de productiesnelheid van de vochtwerende laag in dit onderzoek zijn al op commerciëel niveau. Toch staat er nog vervolgonderzoek op de rol. De experimenten zijn uitgevoerd met atoomlaagdepositie in vacuüm; er zijn ook ontwikkelingen om roll-to-roll atoomlaagdepositie uit te voeren bij atmosferische druk. De Vries en Creatore: "We gaan nu onderzoeken hoe de synergie tussen de twee soorten lagen werkt. Als we daar beter zicht op krijgen, kunnen we de vochtbarrière nog effectiever maken - of dunner, en dus sneller en goedkoper te produceren."