Solliance en Holst Centre hebben hun productielijn

In 1977 ontdekten wetenschappers dat polymeren stroom kunnen geleiden. Het decennium daarna verschenen de eerste publicaties over zonnecellen op basis van organische verbindingen. Maar het was de ontdekking van de oled door Eastman Kodak in 1987 die de aandacht trok van de industrie. Overal ter wereld doken bedrijven erop, waaronder Philips. Het vooruitzicht dat elektronica met een volcontinu printproces kan worden geproduceerd, was immers te fraai om te negeren.

We zijn inmiddels ruim een kwart eeuw verder, maar al het industriële en academische onderzoek ten spijt, elektronica en zonnecellen worden nog altijd niet op grote schaal geprint. In laboratoria worden tot de verbeelding sprekende devices geproduceerd, maar deze worden nog altijd niet massaal naar de markt gebracht.

Dat komt omdat voor één belangrijk manco nog altijd geen oplossing was gevonden, legt programmamanager Jan van den Brink van VDL uit. ‘Voor het printen van elektronica is het noodzakelijk om uiterst schoon te werken. Praktisch elk stofje dat op het substraat landt, veroorzaakt een defect. En er is niet veel voor nodig om een device onbruikbaar te maken. Zolang dat niet werd opgelost, durfde niemand het aan om met productie te beginnen.’

‘Maar met de ingebruikname van de proefproductielijn die VDL bouwde in samenwerking met Solliance en Holst Centre, verwachten wij dat de vraag naar en toepassingen van geprinte elektronica in een stroomversnelling zullen raken’, zegt Van den Brink. ‘We zijn hier vroeg ingestapt, nog voordat de markt van de grond was gekomen. Potentiële klanten kunnen nu op de High Tech Campus zelf zien dat productie een haalbare kaart is.’

Footprint

Solliance is een oorspronkelijk door TNO en ECN opgerichte alliantie die vrijwel al het Nederlandse dunnefilm-pv-onderzoek onder één paraplu brengt, plus net over de grens Imec uit Leuven en Forschungszentrum Jülich in Aken. Het richt zich op de roll-to-roll-productie van (flexibele) zonnecellen. Holst Centre, opgezet door Imec en TNO, doet hetzelfde voor oled-verlichting, -schermen en andere elektronica. Voor de missie van beide organisaties was de beschikking over een productielijn natuurlijk onontbeerlijk.

En nu staat hij er. Op de kop af vijf jaar na de start van Solliance is hij dinsdag 15 december officieel in gebruik genomen. TNO’ers stelden de specificaties op, VDL was de ‘hoofdaannemer’ in wat zeker geen routineklus was: nergens ter wereld staat iets dat zich kan meten met de lijn in het Solliance-gebouw op de High Tech Campus. ‘We zijn er uitermate trots op’, zegt Ike de Vries, die vanuit TNO bij de aanleg van de lijn was betrokken.

Een geprinte zonnecel bestaat uit drie tot vijf verschillende nanolagen, een elektronisch device als een oled telt er mogelijk nog enkele meer. Deze lagen worden een voor een opgebracht met een druktechniek naar keuze. Tussendoor moeten ze drogen of een andere nabewerking ondergaan. Voor het drogen zijn speciale drogers nodig, maar deze ‘ovens’ staan op gespannen voet met de reinheid van een cleanroom. ‘Drogers zijn aan de buitenkant een bron van veel deeltjes, die defecten veroorzaken. Zulke apparaten wil je niet in je cleanroom’, aldus Van den Brink. ‘In onze lijn hebben we er daarom voor gekozen om de drogers buiten de cleanroom te plaatsen. Dat scheelt ook veel footprint binnen de cleanroom – en dit is duur oppervlak’, zegt De Vries.

Uitlijning

De productie van bijvoorbeeld een zonnecel op een plastic- of metaalfolie bij Solliance gaat als volgt. In de cleanroom wordt de folie afgewikkeld en eventueel schoongemaakt met een plasma. Daarna volgt depositie van een nanolaag en gaat de folie door een soort brievenbus de cleanroom uit en een oven met stikstofatmosfeer in. Aan het einde daarvan maakt het substraat een U-bocht en loopt het terug de cleanroom in. Daar kan het aan de volgende processtap worden gevoerd. De lijn beschikt over twee drogers. Voor een complete industriële productielijn zouden er nog enkele meer nodig zijn.

‘Het bijzondere is dat de bovenkant van de folie nergens fysiek contact maakt met machineonderdelen. Ook niet als de folie direct wordt doorgegeven aan de volgende processtap. Ze hoeft tussendoor niet worden opgerold. Beide elementen dragen bij aan een hoge opbrengst, omdat zij contaminatie voorkomen’, legt De Vries uit.

Naast reinheid is homogeniteit van de lagen een absolute voorwaarde voor een hoge opbrengst. Van den Brink: ‘Dat is een depositiekwestie, maar stelt even goed hoge eisen aan de handling. De snelheid waarmee de folie beweegt moet daarom uiterst constant zijn, net als de spanning die erop staat.’ En dan bestaat er ook niet zoiets als een rechte folie: de uitlijning ervan moet voortdurend worden gemonitord en bijgesteld.

In de productielijn was dan ook een belangrijke rol weggelegd voor de direct drive-motoren, geleverd door Bosch Rexroth, dat net als VDL industrieel partner is van Solliance. Smit Ovens, tegenwoordig Smit Thermal Solutions, leverde de ovens, Maan Plasma Treatment verzorgde de schoonmaakstap. De andere componenten werden bij buitenlandse bedrijven ingekocht. VDL liet ze met elkaar samenwerken, ontwierp de regeltechniek en schreef de software.

En nu? ‘Nu gaan we devices maken en aantonen dat we dat net zo schoon kunnen doen als we beweren’, glundert De Vries.