Ad Vermeer, technisch directeur van SoLayTec verwacht heel veel van de nieuwe techniek die zijn bedrijf heeft ontwikkeld en op de markt brengt. 'Een dun laagje aluminiumoxide op een zonnecel verbetert het rendement van zonnecellen aanzienlijk. Dit gaat een grote vlucht nemen in de zonnecellentechnologie.' Dat laagje wordt aangebracht met Atomic Layer Deposition (ALD). SoLayTec maakt machines die deze laagjes honderd keer sneller aanbrengen dan tot nu toe mogelijk was, vertelt Vermeer. Nu is ALD eindelijk geschikt om toe te passen op commerciële zonnecellen. Geen wonder dat SoLayTec is genomineerd voor de Young Solar Awards.
Een laag tegelijk
De oprichters van SoLayTec waaronder Vermeer en manager marketing en sales Roger Görtzen ontwikkelden bij TNO een sterk verbeterde manier voor Atomic Layer Deposition. ALD is een methode uit de jaren zeventig om exact één laag aluminiumoxide aan te brengen op een oppervlak. Of twee, of vijf, maar wel precies regelbaar. ALD lijkt op het bekendere Chemical Vapor Deposition (CVD) maar heeft als voordeel dat de laagjes ook doordringen in diepe poriën van materiaal. Zo'n laagje verbetert het rendement van zonnecellen met procenten, ontdekte een promovendus aan de TU Eindhoven. Het laagje doet dienst als passivering, dat wil zeggen het verminderen van recombinatie van elektronen-gat paren. Dat beperkt elektrische verliezen in de cel. Het probleem is echter dat deze onderzoeker maar liefst achttien minuten nodig had om 30 nm Al2O3 (250 lagen) op een zonnecel te brengen. 'Dat is voor commerciële toepassingen veel te langzaam. Daarbij moet je minstens zo'n 2500 cellen per uur kunnen coaten,' vertelt Görtzen. 'Bij TNO hebben we enkele jaren geleden prototypes van machines ontwikkeld die dat konden. In samenwerking met het Vlaamse onderzoeksinstituut IMEC hebben we aangetoond dat de laagjes aluminiumoxide die wij maakten dezelfde hoge kwaliteit hadden als met de conventionele methode.' IMEC heeft onlangs een van de eerste snelle ALD-machines van SoLayTec gekocht.
Wereldrecord
ALD is een ingenieuze methode die wel wat lijkt op het bekendere Chemical Vapor Deposition (CVD). Op een oppervlak van bijvoorbeeld silicium zitten vrijwel altijd OH-groepen. Stel dit oppervlak bloot aan bijvoorbeeld trimethylaluminium en het aluminium reageert met het zuurstofatoom waarbij het aan het oppervlak vast komt te zitten, met de overige twee methylgroepen naar buiten stekend. Die reageren niet verder met trimethylaluminium. Alles wordt met stikstof of argon schoongeblazen en met zuurstof of ozon reageren de methylgroepen weer tot OH. Deze kunnen een volgende laag aluminium vastgrijpen. Omdat elk laagje vier stappen duurt kost deze methode heel veel tijd. 'De TNO-methode die wij bedachten is minstens veertig keer sneller,' zegt Vermeer. De onderzoekers maakten een rond apparaat met compartimenten als taartpunten. In de compartimenten bevonden zich de chemicaliën voor de afzonderlijke stappen zoals TMA, stikstof en water. Een schijf lieten ze met een snelheid van tien omwentelingen per seconde door de compartimenten draaien. Eén omwenteling leverde één laag aluminiumoxide op het oppervlak op. Dat wil zeggen dat deze methode een laag van 1,2 nm aluminiumoxide per seconde kan aanbrengen. Een wereldrecord, volgens SoLayTec. Maar siliciumwafers (voorlopers van zonnecellen) zijn meestal niet rond maar vierkant. Een cirkelvormige depositie van laagjes aluminiumoxide was dus praktisch niet bruikbaar. Daarom bedachten Vermeer en collega's een opstelling waarbij de cellen heen en weer bewegen door de vier compartimenten heen. Daarbij zweven ze op een gaslaagje zodat er geen slijtage door wrijving optreedt aan de wafers. 'We weten dat de reactie- en diffusiesnelheden hoog genoeg zijn voor tien laagjes, dus veertig reactiestappen per seconde. Maar mechanisch durven we met deze opstelling vier lagen per seconde te maken. Dat is nog steeds ruimschoots snel genoeg,' aldus Vermeer. Een ander voordeel is dat er geen vacuüm aan deze techniek te pas komt. Verder is het verbruik van het uitgangsmateriaal TMA laag.
Commerciële machines
SoLayTec heeft inmiddels zo'n 25 mensen in dienst waarvan een deel ingehuurd personeel is. 'We hebben ook zeker vijf vacatures staan. We willen namelijk een groter deel van onze mensen vast in dienst hebben nu het bedrijf goed loopt,' aldus Görtzen. Het bouwen van de machines en ontwikkelen van de software doet het bedrijf niet zelf. 'Wij leveren de kennis van het proces en ontwikkelen nieuwe methodes en machines machines. Het bouwen van de machines is niet onze core business en besteden we uit bij onze toeleveranciers. De Duitse aandeelhouder RENA, zelf groot in nat-chemische processing, geeft ons een makkelijke toegang tot de markt op het juiste niveau.' Tot nu toe werden vier zogeheten Process Development Tools geleverd door het bedrijf. Dat zijn machines voor onderzoeksdoeleinden zoals het IMEC die gebruikt. Deze zijn in staat zo'n 100 cellen per uur te bedekken met een laagje Al2O3 van 10 nm. Deze PDT's dienen ter vervanging van de trage zogeheten thermische ALD's die tot nu toe in onderzoek werden gebruikt. Komend jaar wordt de eerste ultrasnelle machine gemaakt. Die zal maar liefst 3600 cellen per uur kunnen verwerken en is daarmee geschikt voor commerciële zonnecelproductie. Overigens zijn de machines van SoLayTec niet alleen geschikt voor zonnecellen. Doordat de laagdikte en snelheid kan worden geregeld zijn de machines ook geschikt voor het aanbrengen van laagjes op andere elektronica zoals laagjes geleidend of isolerend materiaal, in bijvoorbeeld LEDs of organische elektronica. Görtzen is blij met de nominatie en de aandacht die dat genereert voor zijn bedrijf. 'Die publiciteit kunnen we wel gebruiken omdat we willen groeien. Wij zijn een ambitieus en dynamisch bedrijf. Onze werknemers hebben uitdagend werk en flinke groeikansen. Ik verwacht ook dat we een grote bijdrage kunnen leveren aan de werkgelegenheid in de zonnecellensector.'
Startup: SoLayTec
Plaats: Eindhoven
Oprichting: 2010
Werknemers: 25
Werkgebied: Machines voor ultrasnelle Atomic Layer Deposition (ALD)
Dit artikel is gepubliceerd in Chemisch2Weekblad nr. 1, 21 januari 2012.
