Warning: Undefined array key "bio" in /home/techwatch/domains/test.bits-chips.nl/public_html/wp-content/plugins/wpcodebox2/src/Runner/QueryRunner.php(126) : eval()'d code on line 13
Author:
Reading time: 10 minutes
Het concept werd op een Nederlandse universiteit ontwikkeld en niet één, maar twee Nederlandse bedrijven doken erop: een rendementsverhogende laag aluminiumoxide op zonnecellen, opgebracht met atoomlaagdepositie. Er zijn al meer dan tien productiemachines verkocht.
Ze komen elkaar wel eens tegen, Levitech en Solaytec. In het vliegtuig bijvoorbeeld, op weg naar een grote PV-conferentie. Dan schudden ze elkaar gewoon de hand en wisselen ze wat beleefdheden uit. Want ook al hangen er nog wat spanningen in de lucht, je moet een kopje koffie met elkaar kunnen drinken, vinden zowel CEO Jaap Beijersbergen van Levitech als marketing- en salesmanager Roger Görtzen van Solaytec.
De pijn gaat een jaar of vier terug. TNO had toen enkele succesvolle proeven gedaan om zonnecellen te voorzien van een laagje aluminiumoxide met behulp van een techniek die daar op het eerste gezicht totaal ongeschikt voor leek: atoomlaagdepositie. Na zonder resultaat bij verschillende Nederlandse machinebouwers te hebben aangeklopt, besloot de onderzoeksorganisatie zelf een spin-off op te richten. Dat werd Solaytec.
TNO is ook langs geweest bij ASMI, dat ALD-machines levert aan de chipindustrie en dus geïnteresseerd zou kunnen zijn in nieuwe afzetmarkten. Het bedrijf was dat inderdaad, maar had geen behoefte aan een samenwerking met TNO en wilde op eigen houtje zijn patentpositie uitbuiten. Het resultaat, Levitech, kwam iets eerder aan het licht dan Solaytec, maar aangenomen mag worden dat het initiatief voor beide ongeveer gelijktijdig werd genomen.
Levitech was en is natuurlijk niet erg gelukkig met een concurrent uit eigen land, die tot stand leek gekomen met hulp van publiek geld. Of dat daadwerkelijk zo is, moet de Europese Commissie bepalen. De klacht die Levitech in 2012 indiende, is ontvankelijk verklaard, maar een uitspraak laat nog op zich wachten.
Om het helemaal ingewikkeld te maken, blijkt ASMI zijn interesse in solar-ALD niet helemaal buiten de deur te hebben gezet. Volgens bronnen bekend met het bedrijf is het niet van plan zich op de PV-markt te storten, maar indien klanten uit die hoek geïnteresseerd zijn in de batchreactor die voor chipwafers wordt gebruikt, en deze kan daarvoor relatief eenvoudig worden aangepast, dan zegt het geen nee. ASMI zelf heeft bevestigd ‘enkele activiteiten’ in de solarmarkt te ontplooien, maar het wil daarover verder geen uitlatingen doen.
Levitech en Solaytec daarentegen waren graag bereid om te vertellen hoe het hun tot nu toe is vergaan in de turbulente PV-markt.
De depositie van aluminiumoxide begint met een reactie van trimethylaluminium (TMA) met een geprepareerd oppervlak. Daarbij komt methaan (CH4) vrij. Nadien wordt het TMA verwijderd en water geïntroduceerd. Het water reageert met de aluminiumeenheden op het oppervlak, waarbij opnieuw methaan vrijkomt. Als de reactie klaar is, is er één atoomlaag aangebracht en is het oppervlak klaar voor een volgende cyclus.
Bedekken
Eerst even terug naar de oorsprong van ALD in de zonnecelindustrie. Het begon met een ‘vrijdagmiddagexperiment’ in de groep van Erwin Kessels, destijds universitair docent aan de TU Eindhoven. Kessels had het vermoeden dat aluminiumoxide een goede passivatielaag zou kunnen zijn voor n-type silicium. Deze laag voorkomt dat elektronen en gaten recombineren aan het oppervlak van zonnecellen, en verhoogt zodoende het rendement.
Het idee van Kessels bleek een schot in de roos: aluminiumoxide is inderdaad een uitstekende passivator, in ieder geval in het lab. Vervolgens heeft hij samen met de Duitse zonnecelfabrikant Q-Cells bekeken of de gunstige eigenschappen ook in een typisch productieproces overeind blijven. Ook dat bleek het geval: er leek een toekomst weggelegd voor aluminiumoxide in de zonnecelindustrie.
Hoe dit materiaal zou moeten worden opgebracht, bleef echter een open vraag. In Kessels’ onderzoek was atoomlaagdepositie gebruikt, een techniek waarmee de laagdikte tot op atomair niveau nauwkeurig kan worden bepaald, maar het was niet duidelijk of een dergelijk hoog niveau van controle een vereiste is. Vervolgonderzoek van Kessels en andere onderzoeksgroepen wees uit dat de passivatie-eigenschappen van aluminiumoxide niet sterk van de structuur van de laag afhangen, en dus dat andere depositietechnieken ook geschikt zijn.
Daarmee leken de kansen voor ALD verkeken, want de meeste ALD-machines werken met reactoren die om en om met twee verschillende gassen moeten worden gevuld. Al dat pompwerk is veel te tijdrovend om de verwerkingssnelheden te halen die de PV-industrie verlangt.
Levitech en Solaytec zagen echter kansen om een industrieel relevant ALD-proces te ontwikkelen. Beide bedachten een proces waarin wafers, zwevend op gaskussens, langs gaszones worden geleid. Levitech koos daarbij voor een unidirectionele opzet, waarbij de zonnecellen in wording voortdurend in dezelfde richting langs verschillende gaszones bewegen, terwijl Solaytec de substraten heen en weer laat shuttelen, telkens langs dezelfde gaszones.
Maar waarom zouden zonnecelfabrikanten ALD verkiezen boven iets anders? Er zijn immers ook meer gevestigde depositietechnieken beschikbaar, zoals plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD), die een net zo goed resultaat zouden moeten opleveren? Levitech en Solaytec claimen dat ALD in de praktijk enkele voordelen met zich meebrengt. Met PECVD moeten er bijvoorbeeld relatief dikke lagen worden neergelegd om oppervlakken helemaal te bedekken. Deze techniek is bovendien energie-intensiever.
PECVD-oplossingen zijn al sinds 2008 op de markt. Eentje wordt er verkocht door Roth & Rau – ook een beetje Nederlands, want dit bedrijf heeft een vestiging in Eindhoven. Inclusief ASMI dingen er dus eigenlijk vier partijen met een Nederlands tintje naar de gunst van de PV-producenten die hun producten willen passiveren met aluminiumoxide.
Voorhoede
Op het moment dat Bits&Chips Solaytec bezoekt, legt het bedrijf samen met productiepartner NTS net de laatste hand aan een nieuwe order, een productiemachine voor een Chinese PV-fabrikant. Eerder had deze klant al de ‘kleine’ researchtool afgenomen. Solaytec koos namelijk voor een getrapte strategie om zijn technologie uit te rollen: het concentreerde zich eerst op een researchtool, om pas eind 2011 aan de productiemachine te beginnen.
‘Van de researchtool hebben we veel geleerd, zodat we die valkuilen bij de productiemachine konden vermijden’, vertelt Görtzen van Solaytec. ‘Maar tegelijk is het belangrijk dat researchpartijen met onze technologie aan de slag kunnen. Daarmee bereid je de markt voor en leer je hoe ALD in het totale productieproces kan worden geïntegreerd.’
Solaytec ging daarnaast een strategisch partnerschap aan met collega-machinebouwer Rena uit Duitsland, die inmiddels 51 procent van het bedrijf in handen heeft. De andere aandeelhouders zijn de Brabantse Ontwikkelingsmaatschappij en TNO. Rena is gespecialiseerd in nat-chemische behandeling van substraten, onder meer in de PV-markt.
Görtzen: ‘Met Rena kunnen we een totaaloplossing bieden aan klanten die niet weten hoe ze aluminiumoxide moeten integreren. Die kunnen bij ons alle kennis en een deel van de benodigde machines inkopen, van de polijst- en schoonmaakstap die aan aluminiumoxidedepositie voorafgaat tot welke pasta je moet gebruiken voor de contacten. We garanderen van tevoren welke efficiëntieverhoging – typisch 0,8 procentpunt – toepassing van onze processen en kennis oplevert.’
In de uitwerking van zijn productiemachine maakte Solaytec ten slotte nog een onderscheidende keuze: het modulaire concept. Er zijn drie varianten verkrijgbaar: met vier, zes of acht modules die onafhankelijk van elkaar kunnen opereren. ‘Het voordeel daarvan is schaalbaarheid: klanten kunnen hun productievolume eenvoudig opbouwen tot maximaal vijfduizend wafers per uur. Als er een module defect mocht raken, draait de rest gewoon door. Je kunt de defecte zelfs vervangen door een reservemodule.’
Solaytec verkocht mede via Rena’s saleskanalen tot nu toe zes researchtools, onder meer aan Imec en Fraunhofer, en had op het moment van schrijven net de vijfde order voor een productiemachine binnengehaald. Geen slecht resultaat in een markt die vanaf eind 2010 tot niet zo lang geleden in crisis verkeerde. Hoewel de vraag naar zonnecellen altijd gezond is gebleven, was er sprake van forse overcapaciteit en de bijbehorende prijsdruk. Tijdens deze consolidatieslag lag de PV-machinemarkt bijna stil.
Solaytec heeft daar geen last van gehad, eerder het tegenovergestelde, vertelt Görtzen. ‘In de periode van ergste crisis hebben we researchtools verkocht, en we waren op tijd klaar met de productiemachine nu de markt weer in de lift zit. Eigenlijk heeft het ons wel geholpen, die dip. Als er eerder al sterke vraag was geweest naar depositietools voor aluminiumoxide, konden wij die niet leveren en zouden we in feite op achterstand staan. Nu doen we in de voorhoede mee.’
Besparen
Ook bij Levitech in Almere is de stemming opgewekt, al moet CEO Beijersbergen erkennen dat 2013 een moeilijk jaar is geweest. ‘Chinese spelers investeerden niet, en nu nog steeds niet. Het staat stil daar. Ze willen wel meedoen met technologieontwikkeling, maar er komt geen order. De Taiwanezen doen hetzelfde, maar bestellen daarna een machine’, vertelt Beijersbergen. Zijn bedrijf heeft inmiddels zeven PV-machines verkocht, waarvan er zes inmiddels productie draaien op maximaal 2400 wafers per uur. ‘We zitten echt in de finale engineeringsfase, kleine probleempjes oplossen.’
De ASMI-spin-off is ook nog actief in de IC-industrie. Het vermarkt de Levitor, een supersnelle oven die vroeger in het assortiment van het moederbedrijf zat. De Levitor gebruikt ook gaskussens om wafers te transporteren, en deze kennis heeft Levitech hergebruikt om zijn ALD-machine te ontwikkelen: de Levitrack. AAE in Helmond zet het apparaat in elkaar.
Mede dankzij deze achtergrond kon Levitech een andere koers te kiezen dan zijn Eindhovense concurrent. Het ontwikkelde geen R&D-tool maar stootte direct door naar een productiemachine. Beijersbergen: ‘Met een R&D-tool heb je andere problemen dan met een productiesysteem. Eerst pak je die voor de R&D-machine aan, om vervolgens in de productietool weer ergens anders over te struikelen.’
‘Je kunt het leerproces net zo goed doorlopen op een en dezelfde tool. Terwijl je je proces op orde krijgt, draai je een productie die je in wafers per dag meet. Vervolgens schakel over je naar wafers per uur. Zo gaat dat bij onze klanten ook, bij hun eerste machine althans. Die willen eerst een pilotlijn om zonnecellen te maken, en voordat deze zijn gekwalificeerd, zijn ze alweer een half jaar verder. Dat geeft tijd voor de opschaling naar productiesnelheid.’
Een van Levitechs selling points zijn de gebruikskosten, claimt Beijersbergen. Aluminiumoxide wordt gemaakt uit trimethylaluminium (TMA), en de ASMI-spin-off zegt daarvan twee tot drie keer minder nodig te hebben dan de concurrentie. De kostprijs van de benodigde hoeveelheid TMA is ongeveer een derde van een wafer. Overtollig TMA wordt verbrand. ‘Op een productieproces met dertig stappen is het natuurlijk niet zo veel, maar in een massaproductieomgeving telt het als je een paar tiende cent per wafer kunt besparen.’
Op het lijstje toekomstplannen van Beijersbergen staat met prioriteit de doorvoersnelheid: die moet omhoog naar 3600 wafers per uur. ‘Daar werken we nu aan. Verder in de toekomst heb ik geen concrete plannen, maar het ligt voor de hand om een andere stap in het PV-fabricageproces ter hand te nemen. Een Levitor-achtig ovensysteem bijvoorbeeld, maar dan voor de PV-industrie.’
Beslag
Zonnecellen met een laagje aluminiumoxide zijn nu vooral bestemd voor de high-end markt, waar extra rendement een groot goed is. Dat is bijvoorbeeld het geval als er beperkte ruimte beschikbaar is, zoals in de nu snel opkomende Japanse markt, waar veel in de hoogte wordt gebouwd. Zowel Levitech als Solaytec verwachten echter dat hun technologie zich op zal werken van een luxe naar een must have.
Als de PV-industrie in de tussentijd niet opnieuw door een crisis gaat, wordt de komende jaren de markt dus verdeeld. Met op termijn een geschatte vraag van honderd machines per jaar is er in principe ruimte voor meerdere spelers: van een tool of dertig per jaar zou een onderneming duurzaam moeten kunnen leven. Het moet wel heel erg tegenzitten wil Levitech noch Solaytec kans zien beslag te leggen op een dergelijk marktaandeel.
