De infrastructuur van het PV Module Lab is ontworpen voor de fabricage en karakterisering van PV-modules met ultramoderne apparatuur. Als zodanig is het zeer geschikt voor het evalueren en verwerken van zowel standaard als nieuwe materialen in de waardeketen van PV-modules: cellen, interconnectiestructuren, inkapseling, backsheets en glas. De veelzijdigheid van de apparatuur is geschikt voor standaard vlakke basis-PV en voor de ontwikkeling van nieuwe interconnectie- en inkapselingstechnologieën in een verkennende fase, terwijl dezelfde tools tegelijkertijd geschikt zijn voor het opschalen naar panelen op ware grootte (1m x 1,6m).

Voordelen

Naast de beschikbaarheid van geavanceerde tools wordt de infrastructuur beheerd door ervaren ingenieurs en onderzoekers die de volgende generatie PV-modules en interconnectietechnologieën ontwikkelen. De teamleden hebben een uitgebreide achtergrond in PV-materialen, conceptdefinitie en -bewijs, industriële (best) practices voor standaard en BIPV-fabricage, karakterisering en betrouwbaarheid, evenals diepgaande kennis van gedetailleerd zonnecelgedrag (optisch, elektrisch en thermisch) en hoe dit gedrag wordt vertaald naar modules en systemen (zowel in theorie als in een praktische implementatie). Op deze manier kunnen we nieuwe technologie ontwikkelen en objectief technologisch advies geven, rekening houdend met het algemene perspectief en de kleinste details.

Toepassingen

Bewerking ontworpen voor de productie van kristallijne-Si PV-modules op basis van wafers (of op vergelijkbare wijze toegepast in dunne film of een nog bredere technologische context).

• Laserbewerking
• Plaatsing
• Doseren
• Solderen
• Lamineren

Grondig testen van de opto-elektronische prestaties van apparaten (gefabriceerd in onze laboratoria of elders):

• Optische inspectie
• Licht IV
• Dynamische verlichting
• Elektroluminescentie (EL)
• Externe kwantumefficiëntie (EQE)
• Reflectie (R)
• (Dwarsdoorsnede) scanning elektronen microscopie (SEM)
• SunsVoc (afhankelijkheid van Voc van bestralingssterkte)
• Thermische en spectrale afhankelijkheden in gedrag
• Trektests

De meeste apparatuur biedt de mogelijkheid tot automatisering voor de aangewezen verwerking/testen, hoewel het laden en ontladen (en in sommige gevallen de mechanische beweging) handmatig gebeurt om de grootst mogelijke veelzijdigheid in het gebruik te garanderen. Handmatige voorbereidingen, herbewerkingen en inspecties kunnen offline worden uitgevoerd met de modernste labtafels en instrumenten. Opslag in een droge ruimte (0,4% relatieve vochtigheid) is beschikbaar voor vochtgevoelige materialen (bijv. inkapselingen).

Klanten

• Fabrikanten van PV-cellen en -modules
• Materiaal leveranciers
• Verkopers van apparatuur
• Ontwerpers en beheerders van PV-systemen

Technische toelichting

• Laserbewerking: hoge-resolutie (scankop)laser op 1070 nm en 15kW piekvermogen, ontworpen voor het snijden van metalen draden en scribing van siliciumcellen
• Plaatsing: gantry met hoge resolutie (±0,2 mm) voor geautomatiseerde lay-up (oprapen en plaatsen) van siliciumcellen en (interconnectie)folies met Bernouilli en vacuümgrijpers.
• Doseren
  - Doseren met hoge resolutie (±0,2 mm) met Auger-ventiel voor zeer nauwkeurige (0,001 g) volumes ontworpen voor soldeerpasta's
  - Geavanceerde dosering op basis van gepulseerde dosering met perslucht, ontworpen voor soldeerpasta's en afdichtmiddelen
• Solderen met hoge temperatuurnauwkeurigheid en flexibele programmering van soldeerprofielen (tot 400°C)
  - Geavanceerd solderen met hete lucht met programmeerbare luchtstroom en temperatuur
  - Geavanceerd industrieel solderen op basis van tabbing-stringing
• Lamineren met flexibele programmering van lamineerprofielen
  - State-of-the-art hoognauwkeurig vlaklamineren met zowel standaard als omgekeerde lamineercycli voor zeer nauwkeurige temperatuur-tijd-drukprofielen (tot 180°C). Lamineren op licht gebogen oppervlakken is mogelijk.
  - Lamineren van kleine oppervlakken voor snel testen (tot 250°C) tot 60x 60 cm2
• Optische inspectie
  - Inspectie van grote oppervlakken (1x1,6m²) met hoge resolutie (<0,2 mm) met optionele automatisering en hechting
  - Microscopie van kleine oppervlakken voor optische (en SEM) inspectie van gedetailleerde gebieden of dwarsdoorsneden
• Licht IV voor nauwkeurig IV-sweepen van apparaten (tot 15 A en 200 V)
  - Verlichting voor grote oppervlakken met op LED's gebaseerde spectrum- en intensiteitsafstembare lichtbron (18 kleuren 0,1-1,2 zonnen), temperatuurregeling (10-80°C) en optionele tweezijdige verlichting (voor bifacial modules), ontworpen voor grote PV-modules (tot 1,6m²)
  - Apparaat voor kleine oppervlakken, ontworpen voor gedetailleerde inspectie van cellen en mini-modules
• Dynamische verlichting met hoekregeling en intensiteit-afstembare en tijd-programmeerbare LED-buizen
• Elektroluminescentie (EL) voor hoogwaardige beeldvorming van defecten
  - Geautomatiseerde inspectie met hoge resolutie in vaste opstelling
  - Mobiele opstelling voor "snel en overal" testen
• Scannen van externe kwantumefficiëntie (EQE) voor het nauwkeurig bepalen van de spectrale elektrische gevoeligheid van apparaten in het bereik van 300-1200 nm
• Reflectie (R) scannen voor het nauwkeurig bepalen van de spectrale reflectieve gevoeligheid van apparaten in het bereik van 300-1200 nm
• Pull testen van materialen met zeer nauwkeurige controle en monitoring van locatie, snelheid, belasting en rek ontworpen voor het bepalen van mechanische vloeispanning, adhesiesterkte en afschuifkrachten door afpellen (mogelijk onder verschillende hoeken) die relevant zijn voor PV-modules (bijv. adhesie van inkapseling, sterkte van soldeerverbindingen, enz.)

Twee soorten fotovoltaïsche materialen worden onderzocht: perovskieten en CIGS (Cu-In-Ga-Se). In dit lab worden de materiaaleigenschappen verbeterd en worden de interfaces en de verschillende lagen in de dunne-film-zonnecelstructuur bestudeerd en geoptimaliseerd. De grootte van de zonnecellen kan variëren van een paar mm (voor basisonderzoek) tot 35 cm x 35 cm dunne filmmodules (om toepassingen te testen). Het dunne-film PV-onderzoek is ook ingebed in het samenwerkingsconsortium Solliance.

Voordelen

CIGS onderzoek:

We bestuderen twee belangrijke R&D-onderwerpen over CIGS:

• Passivering van CIGS-absorberlagen om een dunner en eenvoudiger CIGS-absorbermateriaal te verkrijgen. De kosten en betrouwbaarheid van CIGS-zonnecellen kunnen met deze aanpak aanzienlijk worden verbeterd, zoals al is aangetoond voor siliciumzonnecellen. Het einddoel is om zeer efficiënte CIGS-zonnecellen met lage kosten en lange betrouwbaarheid te realiseren.
• Er worden nieuwe absorbermaterialen ontwikkeld voor toekomstige toepassingen. Voor tandemcellen wordt een versie met een hoge bandkloof (boven 1,6 eV) van CIGS met zuivere zwavel (Cu-In-Ga-S) of CGS (Cu-Ga-Se) ontwikkeld voor gebruik als de cel bovenop de silicium ondercel. Ook CIS (Cu-In-Se) wordt onderzocht als potentieel voor een bodemcel bij gebruik van bijvoorbeeld een perovskiet met hoge bandkloof als topcel. CIS kan ook worden gebruikt voor toepassingen waarbij IR-absorptie belangrijk is. Naast CIGS-verbindingen zijn ook andere sulfide- en selenideverbindingen mogelijk om te realiseren en te bestuderen.

Het lab heeft de mogelijkheden om precursorlagen te seleniseren en zwavelen met elementair Se en S, maar ook met H2Se en H2S-gas. Het maakt het mogelijk om het volledige potentieel van chemische reacties te benutten om een selenide- of selenideverbinding te maken en diepgaand onderzoek te doen naar de fasevorming. Het lab is uitgerust om een compleet zonnecelapparaat af te werken. Alle fysische en optisch-elektrische analyseapparatuur voor snelle en geavanceerde karakterisering is aanwezig.

Onderzoek naar Perovskiet:

In een relatief korte ontwikkelingsperiode is het initiële rendement van perovskietzonnecellen (PSC's) omhooggeschoten van 3,8% in 2009 tot een gecertificeerd recordrendement van 22,7% in 2017. Tot nu toe zijn deze efficiënte PSC's kleinschalig (meestal ≤1cm2). Ondanks deze indrukwekkende eerste prestaties blijven er kritieke problemen bestaan die de industriële toepassing van dit materiaal belemmeren. Naast de instabiliteit is de opschaling een ander knelpunt voor deze PV-technologie. Deze opschaling is een van de belangrijkste activiteiten in de perovskiet PV-ontwikkelingen hier.

Met de nieuwe assemblagelijn kunnen volledige modules tot 35 x 35 cm² worden verwerkt. Een matrijscoater met sleuven kan materialen op basis van oplossingen aanbrengen, terwijl een thermisch vacuümverdampings- en sputteringssysteem een combinatie van oxide- en metallische coatings mogelijk maakt voor zowel passiverings- als elektrolagen. Co-depositie van maximaal 4 materialen is mogelijk, zelfs om quaternaire fotoactieve lagen zoals CIGS te creëren. Daarnaast is er een veelzijdig 3-golflengte picoseconde lasersysteem beschikbaar voor het maken van zeer smalle verbindingen tussen aangrenzende cellen in de modules. Er zijn dispenser- en uithardingsstations beschikbaar om het verpakken van modules te voltooien. Al deze tools zijn geïntegreerd in of aangesloten op handschoenkasten met gecontroleerde atmosfeer.

De lijn maakt het mogelijk om veel verschillende dragermaterialen te gebruiken, variërend van glas, kunststof tot metalen platen. Dit maakt het mogelijk om ondoorzichtige of halfdoorzichtige modules te maken, stijf of flexibel. Met het lasersysteem kunnen variabele interconnectieschema's worden ontwikkeld om modules op maat te maken.

Toepassingen

CIGS onderzoek:

• CIGS-zonnepanelen
• Tandemzonnecellen
• Zonnecellen met sulfide- of selenide-absorberende lagen

Onderzoek naar Perovskiet:

• Zonnepanelen op maat
• Ondoorzichtige of halftransparante modules, stijf of flexibel
• Tandem zonnecellen
• IoT tot BIPV

Technische toelichting

Depositie- en bewerkingsgereedschappen beschikbaar (van 5cm x 5cm tot 35cm x 35cm)

• Atmosferische gloeiovens
• Vacuümselenisatieoven met H2Se en H2S
• S- en Se-elementaire reactoroven
• CdS chemische badafzetting
• Spin-, mes- en sleufmatrijscoating
• Thermische vacuüm co-evaporatie
• Lineair sputteren
• Mechanisch graveren
• 3-golflengte picoseconde laserpatroon maken
• UV-uithardende pers, robot en dispenser

Analyseapparatuur

• Klasse A IV-opstelling
• EQE
• Indoor IV-opstelling
• Klimaatkamers met lucht-, temperatuur- en lichtregeling
• Reflectie/transmissie/absorptie
• SEM-EDS
• Levensduurmeter voor carrierrecombinatie (< 100ps)
• Fotoluminiscentie
• 4-punts sonde
• Profilometer
• Laserscannende microscoop

Betrouwbaarheid in fotovoltaïsche (PV) systemen wint aan belang vanwege verschillende redenen zoals kosten en toepassingen. De Levelised Cost of Energy (LCOE) hangt sterk af van de levensduur, terwijl bij bijvoorbeeld Building Integrated PV (BIPV) mensen levensduren van 40 jaar en meer verwachten.

De kracht van de samenwerking in EnergyVille is dat alle niveaus en elementen van het PV-systeem worden behandeld in op maat gemaakte productie, modellering en binnen aangepaste ontwikkelde testen tot en met volledige buiten testen. Testfaciliteiten omvatten veel van de toegepaste normen, maar worden ook op maat ontwikkeld in samenwerking met industriële partners.

EnergyVille helpt bij het valideren van de betrouwbaarheid van nieuwe materialen, technologieën, topologieën of oplossingen van de industrie in het laboratorium en op het veld.

Voordelen

• Alle huidige PV-celtechnologieën kunnen worden geïntegreerd in testmonsters; kristallijn silicium, dunne-film PV, perovskietzonnecellen, enzovoort.
• PV-modules kunnen worden vervaardigd van enkele cel laminaten tot volledige PV-modules, inclusief kant-en-klare en/of op maat gemaakte materialen.
• Vermogenselektronica kan worden belast en gecontroleerd van kleine schaal tot middelgrote toepassingen.
• Op maat gemaakte bouwelementen kunnen worden ontworpen en/of getest in zowel binnen- als buitenopstellingen op het dak van EnergyVille.
• Missieprofielen kunnen worden toegepast in modellering en in laboratoriumtests om de degradatie van specifieke componenten te bepalen.

Toepassingen

• Fotovoltaïsche cellen
• Fotovoltaïsche modules
• PV vermogenselectronica
• BIPV en Infrastructuur geïntegreerde PV (IIPV)

Klanten

• Bedrijven die nieuwe cellen en celverbindingstechnologieën ontwikkelen
• Producenten van modulematerialen (inkapselmiddel, afdichtmiddel, glas, coatings)
• Ontwikkeling van nieuwe productietechnologieën in modulefabricage
• Bouwbedrijven die BIPV-oplossingen willen valideren
• Eigenaars, exploitanten en energieleveranciers van PV-zonne-energiecentrales die op zoek zijn naar expertise op het gebied van betrouwbaarheid en uitgebreide betrouwbaarheidstests en foutdiagnostiek.

Technische toelichting

Vochtige warmte

• Meerdere kamergroottes
• Max. monstergrootte: 1,1 x 1,7 m²
• Belasting kamer: 100 kg of max. 10 modules
• Testen op vochtige warmte bij 5-90 °C bij 10-90 % RV

Thermische opslag

• Meerdere kamerformaten
• Monstergrootte: max. 40 x 40 cm²
• Belasting kamer: 50 kg
• Temperatuurbereik: 50 - 250 °C

Thermische cycli

• Meerdere kamerafmetingen
• Max. Monstergrootte: 1,1 x 1,7 m²
• Belasting kamer: 100 kg of max. 10 modules
• Thermische cycli: -60 - 150 °C

Potential Induced Degradation testen

• Aangepaste opstelling voor kleine tot grote modules en tot 4000 V

Mechanische belastingstests

• Statische en dynamische belastingen op max. 40 x 40 cm² minimodules

Lichtkamers

• Meerdere kamergroottes
• Max. monstergrootte: 1,1 x 1,7 m²
• Kamerbelasting: 100 kg of max. 10 modules
• Thermische cycli -50 -120° C en vochtige warmte 5-90° C bij 10-90 % RV zonder verlichting
• Thermische cycli -20 -85° en vochtige warmte 5-90° C bij 10-85 % RV met verlichting
• Lichtintensiteit en golflengte: 150 W/m2 bij een golflengte van 250-400 nm

Infraroodbeeldvormingsapparatuur voor snelle detectie van storingen

• Detector 640 x 512 pixels
• Hoge ruimtelijke resolutie: <3 μm met x5 objectief
• Hoge NETD <20 mK
• Hoge samplesnelheid tot 5000 samples/s

Onze belangrijkste competentie heeft betrekking op de synthese en karakterisering van organische en hybride organisch-anorganische halfgeleidende materialen en hun integratie in opto-elektronische apparaten met de nadruk op fotovoltaïsche en gezondheidszorgtoepassingen, hierbij strevend naar rationele structuur-eigenschap relaties. We voeren zowel fundamenteel als toegepast onderzoek uit en hebben een lange traditie in gezamenlijke wetenschappelijke R&D binnen Europese, nationale en regionale projecten, evenals dienstverlening voor de industrie en onderzoekscentra. We kunnen ondersteuning bieden in alle stappen van materiaalontwikkeling tot geavanceerde (structurele en opto-elektronische) materiaalkarakterisering, apparaatanalyse en prototypeproductie.

Voordelen

De expertise in materiaalchemie en (apparaat)fysica met betrekking tot organische en hybride halfgeleiders, en de state-of-the-art onderzoeksinfrastructuur die beschikbaar is aan het Instituut voor Materiaalonderzoek imo-imomec, is uniek in het Vlaams/Belgische landschap en is competitief op het hoogste Europese niveau, zoals blijkt uit onze vertegenwoordiging in verschillende nationale en internationale netwerken, onderzoeksprogramma's en projecten.

Toepassingen

• Organische en hybride organisch-anorganische perovskiet fotovoltaïsche cellen
• Fotodetectoren voor zichtbaar en nabij-infrarood licht
• Organische lichtemitterende diodes en apparaten voor bio-sensing en bio-elektronica
• Organische fotosensibilisatoren

Klanten

Alle bedrijven die geïnteresseerd zijn in het toepassen van opkomende en zachte halfgeleidende materialen in opto-elektronische toepassingen, voor energie en geavanceerde toepassingen in de gezondheidszorg.