Mikrokemia pionjär i tunnfilmsteknik

av Ragnhild Artimo Forum 1992-01, sida 08-09, 30.01.1992

Taggar: Personer: Tuomo Suntola

Mikrokemia pionjär i tunnfilmsteknik

Text: Ragnhild Artimo

Neste-dottern Mikrokemia har nått världslängst inom en ny tunnfilmsteknik. Målet är en materialteknik som ger enklare massproduktion av solceller. Med billigare solceller är solenergin en realistisk energilösning i ett längre perspektiv än nuvarande försörjningsmodeller.

edan en blek januarisol mödosamt klättrar över horisonten i öst häller teknologi doktor Tuomo Suntola. VD och drivkraft i 1987 grundade Mikrokemia Oy, kaffe i två energislösande engångsmuggar, och säger, vis av mediaerfarenheter — Det är inget sensationellt i vad vi jobbar med. och vi räknar inte med kommersiella resultat förrän i slutet av decenniet.

“Vi” är alltså hjärnteamet på Neste-dotterbolaget Mikrokemia, på internationella arenor Microchemistry Lid. Och ”vad” är en tunnfilmsteknik som skall göra det enklare och billigare att massproducera solceller. Här ligger koncernstrategi bakom: internationella Neste-bolaget NAPS eller i full text Neste Advanced Power Systems (presenterat i Forum nr 17/89), har sedan starten 1986 hållit hög profil med sin solarteknik och har idag e världsmarknadsandel på runt 3 procent (samma som finska skogsindustrin!). Teknologiskt har NAPS en global tätplats: med en ny finsk materialteknik med massproduktionspotential också kommersiellt en plats i solen i sikte.

Här betyder ALE inte ”rea” — De solceller som finns idag — bland annat på över 50 000 stugtak och båtar runtom i Norden — representerar förhållandevis dyr kiselteknik där kiselskiktet ”odlas” utgående från en enda kiselkristall med en tidskrävande och därför kostsam process. Mikrokemias lösning är en snabbare och materialsnålare tunnfilmsteknik som dr Suntola vidareutvecklar och som baserar sig på lösningar han för cirka tio år sedan tog fram vid Lohja för nämnda bolags uppmärksammade elektroluminiscensteknik.

Solenergin är ett realistiskt alternativ, understryker dr Tuomo Suntola, VD för Mikrokemia Oy. — Tekniken finns, kostnadskalkyler finns — vad som behövs är den politiska viljan att satsa på en energi som inte är begränsad. EEE Den tunnfilmsteknik Mikrokemia arbetar med är ALE eller Atomic Layer Epitaxy och processen lämpar sig för framför allt halvledare, oxider och nitrider. Tekniken gör det möjligt att arbeta med tjocklekar inom det submikrona området och det skikt som behövs för tunnfilmsceller är en till två mikrometer — eller en hundradedel så tunna skikt som dagens kiselsolceller har. De solceller som finns på marknaden idag tillverkas i princip av kisel som ”blir över” vid halvledarproduktion, säger dr Suntola. — Denna produktion av ”billigt” kisel kan i bästa fall tredubblas, och har alltså klart en volymgräns. Med tunnfilmstekniken flyttas dessa resursgränser avsevärt både kostnads- och volymmässigt. Marknadsfärdiga tunnfilmssolceller tillverkas redan — i Europa av NAPS France.

Kadmiumtellurid lovande

Kisel är alltså ett av de material som kan tillämpas både i bulk och med tunnfilmsteknik. I bulkform används mono- och polykristallint kisel, i tunnfilmsvariant amorft (=nonkristallint) kisel. Nya intressanta tunnfilmsalternativ till kisel — som är välkänt och beprövat — är också kopparindiumselenid (CulnSe, kommersiell förkortning CIS) och kadmiumtellurid (CdTe). EEE Vid Mikrokemia jobbar man på att ta fram materialteknik som skall ge billigare, enkelt massproducerade solceller. Tunnfilmstekniken som Mikrokemia idag är världsbäst på, kan tillämpaus för flera alternativa vtmaterial.

1/1992 F RUN

Mikrokemia experimenterar med båda, och noterade senaste sommar ett uppmärksammat världsrekord: 14 procent verkningsgrad för kadmiumtelluridtunnfilm.

— I laboratorieförhållanden alltså, understryker dr Suntota. — Resultat i laboratorieförhållanden ligger alltid en bra bit över vad man kommer upp till i kommersiella produkter. och nämnda 14 procentiga verkningsgrad skulle korrelera mot kanske 9—10 procent i produktionen.

Detta är Suntolas försiktighet till trots uppmuntrande. För tunnfilmssolceller av amorft kisel — där man alltså hunnit längst idag — är motsvarande laboratorie- och kommersiella tal 10 respektive knappa 5.

Men kadmium, en giftig tungmetall — hur rimmar det med solenergi där ”renhet” alltid varit ett nyckelargument — Kadmium finns ju också i konstgödsel! Det är mängden som avgör. Man kunde i teorin täcka odlingsmark med solceller av kadmiumtellurid, och krossa dem till stoft utan att den mängd kadmiumskiktet innehåller överskrider normerna för jordbruksmark. Kadmiumtillgången är inte något oöverkomligt problem — kadmium uppstår som en problematisk biprodukt då man renar zink för industrin. Tellur, den andra delen i föreningen, är ett grundämne som är besläktat med svavel.

Mikrokemia arbetar med alla alter 25 20 AS an LÅ BE I -"” le] pr 5 LU I Fr BFS rr rn 1980 85 90 95 2000

Verkningsgraden hos tunnfilmssolceller. Krysset visar var Mikrokemias tunnfilmsteknik för solcellsapplikationer nu befinner sig — med kadmiumtellurid har man i laboratoriet nått en verkningsgrad om 14 procent. Dr Suntola poängterar att man dock inte jobbar på att få fram rekord utan en konkurrensduglig solcell för massproduktion. De streckade linjerna indikerar utvecklingen fram till millenieskiftet.

F RUN, 1/1992

Solenergi är inte prylteknik för stugägare, utan en vettig framtidslösning. Tyskland har satsat på ett massivt solcellprogram inriktat på småhus och distribuerad energiproduktion. Japan förbereder en lag som skall ålägga alla byggnader att producera en del av sin energi själv. På många håll utvecklar man redan byggelement med inbyggda solceller — elenergiproducerande tak och väggar.

NAPS har levererat solcellerna till IVOSsS solkraftverk i Kopparnäs.

nativ — kisel. CIS och kadmiumtellurid — för att få fram det som bäst lämpar sig för massproduktion av solceller med tunnfilmsteknik. Här samarbetar Mikrokemia givetvis med NAPS — och med NAPS France, Nestes för ett år sedan förvärvade solcellföretag i Frankrike. Via den franska enheten är Mikrokemia som enda ”industrimedlem” med i det europeiska energisamprojektet OASIS (en del av Joule II), i samarbete med sex europeiska universitet.

Men gällande eurosamarbetet har dr Suntola en del reservationer; han menar att EG:s teknikpengar inte används tillräckligt målfokuserat och att de säkraste vinnarna på det europeiska tekniksamarbetet är de lokala flygbolagen…

Solenergi söker satsning

All energi härrör sig från Solen. Men i dagligt tal avses med solenergi utnyttjandet av den direkta solenergin som kontinuerligt nyskapas i Solens jättefusionsverk — inte den som finns lagrad i de fossila bränslena som enligt nuvarande kalkyler förslår för kanske 300 år, om drivhuseffekten och miljöförstöringen tillåter oss att hålla på så länge.

I makrohistoriskt perspektiv kommer både fossil- och kärnenergin at vara ett betydelselöst intermezzo. Med dagens kärnteknik räcker uranet för högst 100 år till. Den direkta solenergin är den enda energikälla som förslår för Jorden Ab:s behov på sikt. Det gäller också små ekonomier fjärran från Ekvatorn.

I vintermörkret är det lätt att glömma, att Finlands totala elenergibehov kunde tillgodoses genom att täcka en procent av landets areal med solceller med nuvarande 10-procentiga verkningsgrad. Man räknar med en energiproduktion om 100 MW per kvadratkilometer i direkt solljus. Och: den solstrålning som når Jorden under två timmar skulle förslå för mänsklighetens hela energibehov under ett år.

Men: hälften av mänskligheten lever fortfarande utan tillgång till elektricitet. Merparten av denna underprivilegierade del är bosatt i varma, solrika regioner där direkt utnyttjande av solenergin är mest kostnadseffektivt. Det innebär både en utmaning och en ändlös marknad för satsare på solarteknik.

Teknik eller politik?

Som modell för framtida energiförsörjning är solenergi en realistisk lösning. Tekniken finns — i motsats til fortsättning på sid 2 9