Van buigbare zonnecellen tot betere batterijen, cleantech heeft bondgenoot in thin films

Dunne films maken de energietransitie mogelijk. Verschillende voorbeelden werden gepresenteerd tijdens een seminar georganiseerd door de High Tech Campus Eindhoven.

Als je aan thin film-technologie denkt, bestaat de kans dat je als eerst aan de screenprotector van je smartphone denkt, plastic voor voedselverpakking, of het filmrolletje van de analoge camera’s. Dit is nog maar het topje van de ijsberg: er kunnen veel meer dingen worden gedaan met thin-film, zoals het produceren van groene energie, het vastleggen van CO2 of het opslaan van energie.

Over materialen en technologie gesproken: een thin-film is een materiaal met een dikte in de orde van nanometers (nm) tot micrometers (μm). Deze films worden afgezet op een substraat of oppervlak. Eigenschappen van dit materiaal zijn geschikt voor verschillende toepassingen. In de elektronica worden thin-films bijvoorbeeld gebruikt om halfgeleiderelementen, circuits en fijne transistors te maken.

De Brainport regio is een hotspot voor onderzoek en ontwikkeling van thin-filmtechnologieën. Het Holst Centre – een onderzoekslaboratorium van de toonaangevende Nederlandse en Belgische onderzoeksinstituten TNO en imec – is waar veel van deze innovaties tot stand komen. Om thin-filmtechnologie in de schijnwerpers te zetten, organiseerde de HTCE een seminar over het onderwerp, waarbij een overzicht werd gegeven van de huidige stand van zaken van de technologie met presentaties en demo’s.

Nieuwe oplossingen voor zonne-energie

Zonnetechnologie is een van de domeinen die het meest profiteert van ontwikkelingen op het gebied van thin-film. Een voorbeeld is HyET Solar, dat Powerfoil ontwikkelde, een flexibele en goedkope fotovoltaïsche module. Dit betekent dat het zonlicht efficiënt kan omzetten in elektriciteit. De flexibiliteit van deze technologie maakt het mogelijk om het op verschillende oppervlakken aan te brengen, waardoor een veelzijdigere en aanpasbare benadering van het benutten van zonne-energie mogelijk wordt.

Om de modules te produceren, ontwikkelde het Arnhemse bedrijf een eigen technologie waarbij gebruik wordt gemaakt van een rol-naar-rol methode, met rollen dunne silicium zonnefilms die aan andere foliesubstraten worden bevestigd. HyET Solar was een van de bedrijven die zijn technologie toonde in een demostand tijdens het evenement. Powerfoil is een lichtgewicht oplossing gemaakt met silicium zonnecellen, waardoor het een goedkope oplossing is. Het bedrijf ontwikkelt zijn concept verder en werkt samen met TNO, dat thin-filmtechnologie heeft gebruikt voor een andere innovatieve zonneceltoepassing.

Tijdens het evenement presenteerde Sjoerd Veenstra, programmamanager Perovskiet zonnecellen en -modules bij TNO, een klimopvormig zonne-energiesysteem met thin-film. Een van de HTCE-gebouwen is de proeftuin voor de technologie en dient als voorbeeld voor de toepassing van zonne-energie op gevels. Om de toepassing van zonne-energie te versnellen, wil het onderzoeksinstituut de productie van thin-film zonnecellen optimaliseren, mogelijk door de processen te automatiseren met behulp van robots.

Conventionele DAC-technologie werkt met poreuze materialen die koolstof binden wanneer er lucht op wordt geblazen. De poriën zijn gevuld met oplosmiddelen die het vastleggen gemakkelijker maar inefficiënt maken. Daarentegen zorgt het gebruik van een dun filmmateriaal voor een groter oppervlak waar lucht ingeblazen kan worden, waardoor het proces efficiënter verloopt en het DAC-apparaat kleiner wordt. Dat is wat Carbyon momenteel aan het testen is terwijl het zich voorbereidt op het opschalen van zijn technologie.
 

Batterijen met betere prestaties

Batterijen zijn een belangrijke factor in de elektrificatie van de samenleving. Ze zijn onmisbaar om auto’s van energie te voorzien of hernieuwbare energie op te slaan. Hoewel velen denken dat hun prestaties uitsluitend worden beïnvloed door hun bulkmaterialen – lithium, kobalt of het duurzamere natrium – hebben veel oppervlakken binnen de structuur invloed op hun gedrag. Met name de elektrode-interface bepaalt voor een groot deel de prestaties van de batterij.

Overgangen mogelijk maken

Naarmate het onderzoek naar thin-films bij het Holst Center en TNO wordt voortgezet, zullen thin-films verbeteren en krachtige enablers blijven. Naast cleantech zijn er toepassingen te vinden in een ander kritisch domein, zoals de gezondheidszorg. Denk aan draagbare technologie, met apparaten die lichaamsvloeistoffen kunnen bijhouden. Thin-films, brede impact.