‘Europese PV-industrie moet concurrentie met China durven aangaan’

14 februari 2011

Hoewel zelf opgegroeid in een tijdperk van goedkope olie, zet hij nu Imecs lange traditie op het gebied van zonnecelonderzoek voort. Een gesprek met Jef Poortmans over de stormachtige ontwikkeling en toekomst van de solarindustrie.

Saai is het nooit in de wereld van de fotovoltaïca. De groeiverwachtingen op middellange termijn rijzen de pan uit, maar tegelijk lijkt er zich een cycliciteit te ontwikkelen die betrokken spelers zullen doen smachten naar de bij vergelijking hemels stabiele grafieken die de chipindustrie laat zien. Voor technologische innovatie is nog volop ruimte, maar de tucht van de markt begint zich in het hart van de PV-sector te nestelen. Onderwijl houden de afzetmarkten zich nog altijd alleen staande dankzij een kruk van de overheid, een kwestie die ideologen van allerlei pluimage elkaar naar de keel doet vliegen.

Voor Jef Poortmans zijn de strubbelingen één groot genoegen. Wie had immers kunnen bevroeden dat de zonne-energie anno 2011 al met problemen zou mogen kampen die bij een serieuze industrie horen? Hij zelf in ieder geval niet. Zestien jaar geleden, toen hij bij Imec de overstap maakte van de micro-elektronica naar zonnecellen, had hij niet durven dromen dat zonne-energie zich zo snel zou ontwikkelen.

Misschien had hij beter naar zijn voorbeelden Roger van Overstraeten (oprichter van Imec) en Robert Mertens (senior fellow bij Imec) moeten luisteren, oppert Poortmans. ‘Zij deden 25 jaar geleden voorspellingen over zonne-energie waarvan niemand geloofde dat ze ooit uit zouden komen, maar ze zijn nu al uitgekomen’, vertelt de man die tegenwoordig zelf de voorspellingen moet doen. Als leider van het Imec-programma voor zonneceltechnologie en -productie rust op zijn schouders de verantwoordelijkheid om het werk van zijn voorgangers verder vorm te geven, in een tijd waarin zonne-energie serious business is geworden.

Dunner

‘De solarindustrie maakt op dit ogenblik een stormachtige periode door, de pubertijd zogezegd. Industrieel geraken we in het stadium van maturiteit, waardoor de keiharde economische realiteit meer dan ooit doordringt tot de sector. Sterk gezakte prijzen dwingen tot schaalvergroting en, daaraan gekoppeld, tot consolidatie. Uiteindelijk blijven er drie keer minder bedrijven over dan er nu zijn, nog los van het grote aantal start-ups dat het niet zal halen. Het is zaak deze ontluikende industrie succesvol door dit deel van de leercurve te loodsen’, inventariseert Poortmans de huidige situatie.

In deze ruwe zee vrezen velen voor de toekomst van de PV-industrie in Europa. In het kielzog van de markt die Duitsland opende met het inmiddels veel gekopieerde terugleververgoedingssysteem ontstond in Europa de eerste echte PV-industrie ter wereld, vooralsnog gedomineerd door panelen van kristallijn silicium. Maar Aziatische landen en in het bijzonder China lijken erop gebrand deze snel groeiende bedrijfstak voor zich te winnen. Zal het Verre Oosten ook de strijd om deze halfgeleiders winnen?

Jef Poortmans. Foto: Imec.

Poortmans deelt het defaitisme dat rondwaart in Europa niet. ‘Je kunt gerust aannemen dat olie duurder en duurder wordt. Je mag er ook van uitgaan dat de transportsector zeker tot 2030 in belangrijke mate van olie afhankelijk blijft. Op basis van deze aannames durf ik wel te beargumenteren dat het een optie is om silicium cellen in China te produceren en naar elders te verschepen, maar dat dat voor modules veel minder zeker is. Daar komt nog bij dat modules vaak aan lokale regulaties moeten voldoen. Zeker als er intelligentie in wordt geïntegreerd, is dat sterk afhankelijk van het net waarin ze worden opgenomen. Er zijn, kortom, genoeg redenen om niet alles te produceren op de plaats van de laagste kosten.’

‘Een additioneel element is de geïntegreerde fabricage van cellen en modules. De Imec-roadmap is gebaseerd op de gedachte dat er steeds minder kristallijn silicium gebruikt zal worden voor cellen: minstens een factor twee tot misschien wel een factor tien. Maar naarmate cellen dunner worden, worden ze ook breekbaarder. Om dat op te vangen, zou het best eens interessant kunnen zijn om de productie van cellen en modules terug te integreren, bijvoorbeeld door de cel op een glasplaat te fabriceren. Dat biedt bovendien de optie om de metallisatie en celinterconnectie in één proces te realiseren. Vanuit die visie is er zeker een toekomst voor de productie van kristallijn silicium annex dunnefilmzonnecellen in Europa. Ik ben ervan overtuigd dat het kan.’

Bottleneck

Niet dat kristallijn silicium een monopolie op de toekomst heeft in de ogen van Poortmans. ‘Over de toekomst van amorf silicium ben ik nogal terughoudend, maar organische PV kan volgens mij een belangrijke speler worden, zeker voor gebouwgeïntegreerde PV-producten.’ In 1998 zette Imec zijn eerste promovendus op OPV – op instigatie van Poortmans zelf, die er al vroeg perspectief in zag. ‘Een organische zonnecel heeft maar heel weinig materiaal nodig. Honderd nanometer is genoeg, terwijl je bij kristallijn silicium over tientallen microns praat. Dat betekent dat de materiaalkosten laag zijn. De mogelijkheid om printtechnieken toe te passen betekent niet alleen dat de productie goedkoop kan, maar ook snel. En dat is noodzakelijk om de talloze vierkante kilometers zonnecel te maken die nodig zijn om in de toekomst in onze energiebehoefte te voorzien.’

Zonder problemen is OPV echter niet, weet ook Imecs programmaleider maar al te goed. ‘Ik refereerde aan de teller, de kost, maar de noemer – het vermogen – is net zo belangrijk. Ik denk echter niet dat daar een bottleneck zit. Tien tot vijftien procent moet mogelijk zijn.’

‘Een tweede horde is de stabiliteit. Het is waar, veel organische materialen liggen niet graag in de zon. Maar kijk eens naar Oleds. In het begin van de jaren negentig deden die het een paar seconden, nu tienduizenden uren.’ In het verleden behaalde resultaten vormen geen garantie voor de toekomst, maar Poortmans put er wel vertrouwen uit. ‘Ik hoop dat we met OPV ook dergelijke verbeteringen weten te realiseren. De cruciale vraag is of organische zonnecellen kosteneffectief geëncapsuleerd kunnen worden. Dat is essentieel om de stabiliteit en levensduur van het product te kunnen garanderen.’

Solarprominenten

Als student was Poortmans niet direct verknocht aan de PV: hij koos aanvankelijk voor de micro-elektronica. Zoals het een bekwame Leuvense student elektrotechniek betaamt, stroomde hij door naar Imec. Daar deed hij onderzoek aan de groei van dunne lagen silicium en promoveerde hij op bipolaire transistoren van siliciumgermanium onder stress. Wel kwam hij via deze materiaalkundige onderwerpen in contact met het zonnecelonderzoek op het instituut.

In eerste instantie werd hij niet eens gelokt door de inhoud van het vak, maar door de ideeën en de mensen. ‘Het meest trok me aan het gevoel bij de pioniers te mogen horen, om onder mensen te zijn met een visie die niet gedeeld wordt door een grote menigte’, herinnert Poortmans zich, refererend aan de eerdergenoemde Van Overstraeten en Mertens. Zelf had hij zich nooit veel met het energievraagstuk beziggehouden. ‘Het zal de oliecrisis zijn geweest’, draagt hij daarvoor spontaan als verklaring aan. Poortmans was te klein om in 1973 te ervaren hoe dramatisch anders de wereld eruitziet zonder goedkope olie, en toen hij wel groot genoeg was, had de mensheid reeds verkozen de ellende te vergeten. ‘Ik wist niet beter of er was goedkope olie beschikbaar. Een prijs van honderd dollar, dat leek zelfs de meest pessimistische zielen een onmogelijkheid.’

Toch zou je kunnen zeggen dat Poortmans zijn carrière dankt aan de oliecrisis. Die, samen met de ‘herinnering’ die de Iraanse revolutie in 1979 afgaf, leidde immers in de jaren tachtig tot een golf van zonnecelonderzoek, waarop hij – zij het wat laat – inhaakte. Nu behoort de Leuvenaar als stuurman van Imecs Solar+-programma, als auteur van talloze wetenschappelijke publicaties, als opsteller van Imecs eigen en menig Europese roadmap en als deelnemer aan menig Europees PV-platform tot de top van Europa’s solarprominenten.

Jef Poortmans. Foto: Imec.

Bij Imec loopt zowel halfgeleider- als zonnecelonderzoek. Kruisbestuiven die activiteiten elkaar wel eens?
‘Jazeker, ik beschouw dat zelfs als een van onze sterktes. Vanzelfsprekend kun je technologieën niet een-op-een overzetten. De cost of ownership voor PV is totaal anders dan die voor CMos en de kruisbestuiving kan alleen succesvol geschieden als je daar rekening mee houdt. De processtappen mogen hooguit een paar cent per watt-peak kosten en de doorvoer moet duizenden wafers per uur zijn. Omgekeerd is het niet ondenkbaar dat de halfgeleiderindustrie op haar beurt interesse krijgt in de apparaten die de PV-sector ontwikkelt.’

‘In de micro-elektronica hebben we bijvoorbeeld veel ervaring opgedaan rond ionimplantatie. In de PV zou dat de plaats van diffusie kunnen innemen en zelfs het aantal processtappen kunnen reduceren. Ik denk ook aan atoomlaagdepositie, dat in de chipindustrie tegenwoordig wordt gebruikt om gatediëlektrica op te dampen. Wij kijken ook naar plating-processen om koperen contacten aan te brengen. En ten slotte denk ik dat de PV-industrie veel zou kunnen leren van de halfgeleiderindustrie over verpakking, bijvoorbeeld de modellen die veroudering beschrijven.’

Waarom zou je koper willen gebruiken?
‘Kristallijn silicium zonnecellen hebben nu nog zilveren elektrodes, maar dat is waarschijnlijk niet vol te houden. Als de productie oploopt van twintig gigawatt per jaar nu tot vijftig gigawatt per jaar, dan zou de aanvoer van zilver wel eens een beperkende factor kunnen blijken. Daarom heeft Imec een kristallijn silicium zonnecel met koperen contacten ontwikkeld. Rendement: 19,4 procent.’

Is het denkbaar dat de PV-industrie op den duur gaat werken zoals de chipsector, met een gedeelde roadmap?
‘Ik denk het niet. Om te beginnen, gaat het in de PV om meerdere technologieën: kristallijn silicium, dunnefilm, OPV en wellicht ook nog derdegeneratieconcepten. Het is heel moeilijk om daar absolute consensus rond te bereiken. Daarnaast is het in de IC-wereld duidelijk dat om de wet van Moore hoog te kunnen houden, er geweldig dure toestellen nodig zijn. Geen enkel bedrijf kan dergelijke investeringen geheel voor eigen rekening nemen. Een door consensus gedragen roadmap is daarom absolute noodzaak en dat is bij PV toch minder het geval.’

Zou het toch niet verstandig zijn om een overkoepelende Europese roadmap op te stellen?
‘Er is een poging gedaan in de Europese strategische onderzoeksagenda om de verschillende technologieën te schematiseren. Dat is al een verdienste op zichzelf. Verder constateer ik dat er meestal wel parallellen te trekken zijn tussen verschillende roadmaps. Die van Semi Europe, bijvoorbeeld, gaat net als Imecs roadmap uit van steeds dunnere maar efficiëntere cellen. In de grote lijnen zie ik dus al wel enige convergentie optreden.’

De Europese Unie wil dat aan het begin van volgend decennium twintig procent van de energie uit duurzame bronnen komt. Hoe groot gaat het aandeel van zonne-energie daarin zijn?
‘Het European Photovoltaic Technology Platform streeft naar twaalf procent, dus vierhonderd gigawatt, maar in veel landen onderschatten beleidsmakers het potentieel van zonne-energie. Vooral in Noordwest-Europa blijft het idee leven dat de zon hier te weinig schijnt, maar het verschil met Zuid-Europa is slechts een factor twee. Alternatieven als windenergie en biomassa hebben ook nog hordes te nemen. Offshore windenergie heeft een groot potentieel, maar daaromtrent zijn er nog vraagtekens over zaken als operatie- en onderhoudskosten. Bij biomassa moet je ervoor zorgen dat je geen concurrentie organiseert tussen voedselproductie en energievoorziening.’

Wat staat exploitatie van zonne-energie op die schaal nog in de weg?
‘Veel hangt natuurlijk af van de evolutie van de kostprijs. Hoe lager de prijs, hoe meer er geproduceerd zal worden. Met de natte vinger komt de helft van kostenreductie uit schaalvergroting van de productie en de andere helft uit performanceverbetering van de cellen zelf.’

‘Daarnaast moet de energiesector een denkomslag maken. We moeten van een gecentraliseerde opwekking naar een gedistribueerde. Energiemaatschappijen moeten zich daarbij transformeren tot leveranciers van energiediensten, die bijvoorbeeld je energieprofiel optimaliseren.’

Energiemaatschappijen zien veel meer in zonnecentrales in de woestijn.
‘Een project als Desertec sluit inderdaad beter aan bij hun filosofie. Ik ben er ook niet mordicus tegen als element in Europa’s toekomstige energievoorziening, maar ik ben er ook niet wild enthousiast over. Technisch is het allemaal haalbaar, maar ik ben er niet gelukkig mee dat we ons afhankelijk zouden maken van politiek instabiele gebieden. En het Desertec-verhaal wordt nogal eens gebruikt als argument tegen gedistribueerde opwekking, en dan zijn we echt met de verkeerde discussie bezig.’

Gedistribueerde opwekking heeft ook zo zijn problemen: het aanbod is instabiel en niet perfect voorspelbaar.
‘Daarom moet er een slim elektriciteitsnet komen die vraag en aanbod beter op elkaar afstemt, een onderneming waar energiemaatschappijen een heel belangrijke rol in spelen. De Europese Commissie en overheden zouden met een richtlijn moeten komen om hen in de juiste richting te duwen. Ook moet er harder  worden getrokken aan nieuwe vormen van energie-opslag om buffers te kunnen aanleggen. Beide kwesties kunnen eventueel worden gefinancierd met een terugleververgoedingssysteem zoals ook gebruikt voor stroomopwekking.’

Het feed-in-tarief krijgt anders niet altijd de handen op elkaar. Regelmatig ligt de PV-industrie in een stuit als een overheid de subsidietarieven weer eens reduceert. Hoe kijkt u daartegen aan?
‘Het terugleververgoedingssysteem is bijzonder nuttig gebleken om de PV-leercurve sneller te doorlopen. Het werkt veel beter dan directe subsidie. Het is altijd de bedoeling geweest dat de incentives in de loop van de tijd afnemen naarmate productiekosten zakken, maar overheden moeten dat wel op een voorspelbare manier doen. Er wordt nu voortdurend ingegrepen in het systeem zonder voldoende langetermijnperspectief. Dat vormt een risico. Uiteindelijk zijn deze incentives niet enkel een vorm van groene politiek, maar ook een onderdeel van industrieel beleid.’

Heeft u het idee dat er vooral wordt ingegrepen in de tarieven om te bezuinigen?
‘Het onderwerp dreigt een beetje het slachtoffer te worden van populisme, ook in mijn eigen land. Sommige partijen claimen dat elektriciteitsprijzen enorm stijgen door de opslagen, terwijl in werkelijkheid de rekening in de ordegrootte van een procent stijgt.’

Zal zonne-energie de normaalste zaak van de wereld zijn in 2020?
‘Ik denk niet in 2020, maar op termijn is het potentieel van de zon het grootst. Ik ga nog wel meemaken dat zonne-energie de belangrijkste vorm van elektriciteitsopwekking wordt.’

Ook in Nederland?
‘Nederland is wat dat betreft een beetje de rol van gidsland kwijtgeraakt. Ik hoop dat het inzicht zal terugkeren. Op dit moment worden heel veel illusies gecreëerd. Kerncentrales bijbouwen lost weinig op. De wereld heeft de komende twintig jaar tussen de vijf en tien terawatt meer elektrisch vermogen nodig. Daarvoor zouden we meer dan vijfduizend nucleaire centrales moeten optrekken. Dat zie ik gewoon niet gebeuren, maar als het toch gebeurt, dan komt de aanvoer van uranium in het gedrang.’

Paul van Gerven

Terug naar overzicht