/Voorpagina /Mensen /Nieuws /Opinie /Cultuur /Studentenleven /Achtergrond /English page /Onderzoek /Reportage /Bestuur /Ruis /Ranzigt /Colofon

/Faculteits Berichten /Vacatures /Mensa /Oude cursors /pdf formaat /TUE /Zoeken:

jaargang 43, 28 september 2000 Onderzoek

ìOnderzoek naar zonnecellen is hotî

Plasma depositie/Brigit Span Foto/Bram Saeys Een belofte voor een duurzame toekomst. Zo ziet dr.ir. Erwin Kessels gehydrogeneerd amorf silicium (a-Si:H) waarmee hij zich de laatste vier jaar als AIO heeft beziggehouden bij Technische Natuurkunde. Met de productiemethode hiervan kunnen zonnecellen in de toekomst veel goedkoper worden.

Dr.ir. Erwin Kessels heeft zich bij de groep Evenwicht en transport in plasmaís bij de faculteit Technische Natuurkunde geconcentreerd op een productiemethode voor gehydrogeneerd amorf silicium (a-Si:H). ìDit is een legering van silicium en waterstof in een amorfe matrix. Dat wil zeggen dat er geen mooie structuur in zit.î De dunne laag halfgeleidende a-Si:H -die in dikte varieert van enkele nanometers tot micrometers- wordt gebruikt voor verschillende toepassingen. Bijvoorbeeld in LCD-beeldschermen. Het amorf silicium is een bestanddeel van Thin Film Transistor (TFT), dat in deze beeldschermen wordt gebruikt. ìVeel mensen schakelen over naar deze schermen, dat is echt booming businessî, weet Kessels. Een andere toepassing is het maken van lichtgevoelige detectoren. Het toepassingsgebied waar Kessels mee heeft gewerkt tijdens zijn promotietijd, vindt hij de belangrijkste: het maken van een dunne film om zonnecellen mee te kunnen produceren. Dikke plakken ìTot nu toe waren er alleen blauwe zonnecellen, gemaakt van kristallijn silicium. Het nadeel daarvan is dat ze nog redelijk duur zijn, onder meer door de materiaalkosten. Je hebt dikke plakken silicium nodig ñvan 0,3 tot 0,5 millimeter- om het materiaal te maken. Kristallijn silicium wordt gemaakt met een smeltproces en daarvoor is een temperatuur van 1100 graden Celsius nodig. Dat betekent hoge energiekosten en daardoor is het materiaal ook duur. Daarom is men gaan zoeken naar een ander type zonnecellen. Zonnecellen van amorf silicium zijn wat dit betreft veelbelovend. Het voordeel van amorf silicium is dat er maar heel dunne lagen nodig zijn om dezelfde hoeveelheid licht op te nemen. Dat komt omdat het een directe halfgeleider is. Dat opent nieuwe mogelijkheden om zonnecellen te produceren. Je hebt minder nodig en kunt een ander productieproces gebruiken. Zo hoef je niet meer per se onflexibel glas te gebruiken als substraat, maar kun je ook folie op rol nemen om het amorf silicium op te deponeren.î Een ander voordeel is volgens Kessels dat er geen hoge temperaturen meer nodig zijn om het a-Si:H te maken. ìBij onze groep wordt een plasma -een gas met geladen deeltjes- losgelaten op silaan (SiH4) om vervolgens het silaan te activeren. Zo worden er reactieve siliciumverbindingen gemaakt die zich hechten op een ondergrond, bijvoorbeeld glas of folie en dat leidt uiteindelijk tot het amorf silicium. Als je het silaan activeert met plasma, heb je geen hoge temperaturen nodig. Dan kun je dus ook folie gebruiken en flexibele zonnecellen maken op enorme rollen. Dat maakt zonnecellen heel gemakkelijk te verwerken in de bouw.î Voor zijn promotie (cum laude) die 13 september plaatsvond, heeft Kessels de verschillende processen onderzocht die spelen tijdens de depositie van a-Si:H. ìIk heb gekeken welke deeltjes er worden gemaakt en in hoeverre ze bijdragen aan de groei. Als je ongeveer weet welke deeltjes belangrijk zijn voor de groei, kun je kijken hoe dat leidt tot een laagje amorf silicium en hoe dat weer samenhangt met de kwaliteit van het materiaal.î Kessels heeft bewezen dat SiH3 een belangrijke radicaal is dat ervoor zorgt dat het amorf silicium van hoge kwaliteit is. ìVerder heb ik gekeken wat er in het plasma en aan het oppervlak gebeurt. Ik heb geprobeerd alle aspecten van het proces te bestuderen om zo de relatie tussen al die dingen te bekijken. Je ziet zo vaak dat mensen alleen maar naar een klein deel kijken van het hele proces, ik heb geprobeerd alles te integreren.î Dr.ir. Erwin Kessels bij een expanderend thermisch plasma opstelling. Snellere Groei De groep waarbinnen Kessels is gepromoveerd, werkt met een bepaald type plasma, dat expanderend thermisch plasma wordt genoemd. ìDaardoor kunnen we met hogere groeisnelheden werken. Wij halen groeisnelheden van amorf silicium van tien nanometer per seconde. Dat betekent dat je in minder dan een minuut tijd klaar bent met het maken van een cel van 500 nanometer dik. Daarmee breng je de productie van amorf silicium terug van een uur naar een minuut.î Dit plasma wordt gemaakt onder hoge druk en dat laat men later expanderen onder lage druk. ìWij maken eerst een plasma en laten het dan pas reageren met silaan. Omdat we eerst op hoge druk werken, waarbij de botsingen tussen de deeltjes frequenter zijn, maken we meer reactieve deeltjes en dus uiteindelijk ook meer reactieve siliciumverbindingen. Dat zorgt er weer voor dat het amorf silicium sneller kan groeien.î Een belangrijke vraag voor wetenschappers die bezig zijn met zonnecellen is of het materiaal dat wordt gemaakt goed genoeg is om te gebruiken als zonnecel. ìDe eisen voor gebruik van amorf silicium in zonnecellen zijn heel hoog. Uit onderzoek is gebleken dat wat wij maken goed genoeg is. De eerste zonnecellen die wij hebben gemaakt op hoge groeisnelheid, waren heel hoopgevend.î De zonnecellen zelf worden niet op de TU/e gemaakt. ìWij maken het amorf silicium, de zonnecellen worden aan de universiteit van Delft vervaardigd. Daar staat een van onze expanderend thermisch plasma opstellingen ñ hier bij de GTD gemaakt ñ en kunnen we hele zonnecellen maken. Zij hebben de kennis voor de cellen en wij weten veel van plasma en de groei van amorf silicium. Dat vult elkaar mooi aan.î Rare wereld Het produceren van zonnecellen van gehydrogeneerd amorf silicium moet goedkoper worden. ìElektriciteit uit fossiele brandstoffen is zo goedkoop, daar kan zonne-energie nog niet mee concurreren, ook nog niet als die opgewekt is met amorf silicium zonnecellen. Mensen willen niet vijf keer meer betalen voor stroom die het milieu niet belast, maar ze willen wel twee- tot drieduizend gulden betalen voor een TFT-beeldscherm voor de computer. De productie van het amorf silicium dat daarin zit mag dus wel duur zijn. Wat dat betreft is het een rare wereld.î Een ander nadeel van amorf silicium zonnecellen is dat het nog een lagere energieopbrengst per vierkante meter heeft. ìHet kan meer licht opnemen, maar het rendement is lager dan bij kristallijne zonnecellenî, aldus Kessels. ìDat komt door de amorfe structuur.î Verder is er nog een onbegrepen effect bij zonnecellen met amorf silicium dat optreedt in de eerste uren dat het wordt gebruikt. Kessels: ìHet degradeert per uur dat je het gebruikt. In het begin gaat dat echt heel snel, daarna blijft het rendement vrij stabiel. Licht tast op de een of andere manier het materiaal aan. Je begint bijvoorbeeld met een rendement van tien procent, maar dat zakt al snel naar zes procent.î Ter vergelijking: kristallijn heeft een rendement van dertien ý vijftien procent. ìHet rendement moet nog worden verbeterd al is het uiteindelijk de prijs-kwaliteit verhouding waar het om gaat. Die is voor amorf silicium cellen ñ zeker in de toekomst ñ beter. Ik denk niet dat amorf silicium de kristallijne zonnecel helemaal gaat vervangen, maar het wordt wel heel belangrijk in de nabije toekomst, zeg over vijf jaar.î Kessels ziet veel mogelijkheden voor het gebruik van amorf silicium zonnecellen in Derde Wereldlanden. ìAls je zonne-energie hier op grote schaal wilt gebruiken, moet je met het elektriciteitsnet concurreren. In Derde Wereldlanden is er nog geen infrastructuur en is het een oplossing voor de toenemende energievraag daar.î In Nederland wordt veel onderzoek gedaan naar zonnecellen als duurzame en milieuvriendelijke energiebron. ìHet is echt een hot onderwerp. Bij de faculteit Scheikundige Technologie zijn ze bezig met het maken van organische zonnecellen. Dat is weer een stap verder in de toekomst.î/.

De zonnecel Dit is een schematische weergave van een dunne film a-Si:H zonnecel op (flexibel) roestvrij staalfolie. Het a-Si:H (gehydro-geneerd amorf silicium) heeft een dikte van 400 nm en vormt het hoofdbestanddeel van de cel waar zonlicht omgezet wordt in elektrische stroom: het zonlicht wordt geabsorbeerd en creÎert daarbij elektron-gat paren. De elektronen en gaten worden vervolgens gescheiden door een elektrisch veld dat gecreÎerd wordt door de n-type en p-type (d.w.z. respectievelijk P en B gedoteerd) a-Si:H lagen aan weerszijden van de cel. De elektronen en gaten worden vervolgens gecollecteerd aan de beide elektroden en zorgen uiteindelijk voor de elektrische stroom. Het zinkoxide zorgt voor een optimale reflectie van het niet geabsorbeerde licht aan de onderkant van de cel zodat het alsnog geabsorbeerd kan worden./.

Van teletekst naar gesproken taal Sprekende computer bijna niet te onderscheiden van menselijke stem GoalGetter/ Chriz van de Graaf Foto / Bram Saeys Een sprekende computer die nauwelijks van een mens te onderscheiden is. Dat was wat MariÎt Theune voor ogen had toen ze als assistent in opleiding begon aan haar klus bij het IPO. Nu is ze klaar en het resultaat is op zijn minst verrassend te noemen. Niet alleen voor collegaís, ook het bedrijfsleven heeft een oogje laten vallen op het bijna vloeiend sprekende apparaat.

Een computer die tegen je praat. Dat kennen we. Een computer die antwoord geeft op vragen over de vertrektijden van de treinen naar Hilversum kennen we ook. Maar een computer die de kale voetbaluitslagen van teletekst omzet in gesproken zinnen die variÎren in opbouw en die woorden met meer of minder nadruk uitspreekt, dat is nieuw. EÈn van de verantwoordelijken voor deze noviteit is MariÎt Theune. Samen met haar inmiddels gepromoveerde collega Esther Klabbers ontwikkelde ze het computerprogramma dat wedstrijdverslagen op teletekst omzet in gesproken taal. Ze hebben het de naam GoalGetter meegegeven. Het programma zou overigens ook te gebruiken zijn om bijvoorbeeld het weerbericht of de beurskoersen in goedlopende zinnen uit te spreken. Uniek aan het programma is dat gesproken taal niet slechts wordt beschouwd als een reeks van woorden. Zo gaat een woord dat in de gesproken taal aan het eind van een zin staat meestal in toonhoogte omlaag. Iedereen weet dan: einde zin. Een lange pauze tussen twee woorden betekent meestal: nieuwe zin. En een woord dat met nadruk wordt uitgesproken geeft de luisteraar het signaal: belangrijk. Dit zijn allemaal zaken die niet bewust beleefd worden, maar ze zijn wel essentieel om een gesproken tekst goed te kunnen volgen en te kunnen begrijpen. Mariët Theune Robotachtig Met deze uitgangspunten en de kennis die ze heeft opgedaan tijdens haar studie taalkunde in Utrecht ging MariÎt Theune in 1996 als assistent in opleiding aan de slag bij het IPO (Centre for user-system interaction). Ze kwam terecht in het prioriteitenprogramma Taal- en Spraaktechnologie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Daar werd in samenwerking met universiteiten in het hele land gewerkt aan het reisinformatiesysteem OVIS (Openbaar Vervoer Informatie Systeem). Voor dit informatiesysteem moeten tekstjes worden gemaakt van gegevens uit tabellen met reistijden. Als vingeroefening voor dit project startte Theune met GoalGetter. îWe gebruikten een systeem dat al bestond en zijn daarmee aan de slag gegaan. Als we met dat programma GoalGetter zouden kunnen maken dan zou het ook voor OVIS werken, zo redeneerden wij.î Voor het programma van GoalGetter werd onderzocht wat een gesproken tekst nodig heeft om niet saai, blikkerig en robotachtig te klinken. De onderzoekers kwamen tot de conclusie dat door de computer de natuurlijke variatie in de stem moet worden nagebootst. Zo legt de computer een accent op een zelfstandig naamwoord dat voor de eerste keer wordt uitgesproken. Als Kluivert voor de eerste keer scoort en later alleen op het doel afgaat, benadrukt de computer alleen de eerste keer de naam Kluivert. Dus: íKLUIVERT scoorde in de vierde minuut. Daarna, in de tiende minuut ging Kluivert (geen accentuering) alleen op het doel afí. Ook kan de computer bij de tweede Kluivert het woord íhijí gebruiken omdat in deze context duidelijk is wie met íhijí bedoeld wordt. Pauzes Overigens houdt de computer ook rekening met uitzonderingen. Als na een verhaaltje over Kluivert een zin over Bergkamp volgt en het daarna weer over Kluivert gaat, krijgt het woord Kluivert weer de nadruk. De computer onthoudt van elk woord hoe lang geleden het voorbij kwam. Ook kan het programma een pauze inlassen tussen twee woorden. De pauzes variÎren op een schaal van ÈÈn tot drie. Het gesproken wedstrijdverslag is gebaseerd op informatie van teletekst. Op de tekstpagina staat bijvoorbeeld: Ajax - Vitesse 1 - 2, doelpuntenmakers Kluivert (5), vijfde minuut; Machlas (1, 62), gele kaart F. de Boer, scheidsrechter Luinge, 43.000 toeschouwers. Met deze informatie maakt de computer de tekst: íVitesse ging op bezoek bij Ajax en won met ÈÈn - twee. DrieÎnveertigduizend toeschouwers kwamen naar De Meer. De score werd in de eerste minuut geopend door Machlas van Vitesse. Vier minuten later bracht de Ajax-speler Kluivert de ploegen op gelijke hoogte. In de tweeÎnzestigste minuut bepaalde Machlas de eindstand op ÈÈn - twee. Scheidsrechter Luinge deelde geen rode kaarten uit. Ajax-speler Frank de Boer kreeg een gele kaart.í Maar het kan bijvoorbeeld ook deze tekst worden: íHet duel tussen en Ajax en Vitesse eindigde in ÈÈn - twee. DrieÎnveertigduizend mensen kwamen naar de wedstrijd. Het team uit Arnhem kwam in de eerste minuut aan de leiding door een doelpunt van Machlas. Kluivert maakte in de vijfde minuut een goal voor Ajax. Machlas scoorde in de tweeÎnzestigste minuut opnieuw een goal en bepaalde daarmee de eindstand op ÈÈn - twee. De wedstrijd werd geleid door scheidsrechter Luinge. Frank de Boer van Ajax ontving een gele kaart. Er werden geen rode kaarten uitgedeeld.í De computer kiest willekeurig een zinsconstructie. Zo ontstaat een verscheidenheid aan zinbouwen en wordt de indruk gewekt dat de tekst door een mens wordt uitgesproken. Het systeem bleek te werken en dat is te horen op de webpagina van het IPO. Daar staat een voorbeeld van het programma. (www.ipo.tue,nl/homepages/mtheune) Bedrijfsleven Theune is derhalve tevreden over de resultaten maar vindt dat er nog wel wat te verbeteren is. îVan tevoren heb ik altijd grotere plannen dan wat mogelijk blijkt te zijn in de tijd die ik heb. Uiteindelijk kom ik tot de helft van de lijst met plannen die ik heb gemaakt. Nog steeds gaan mijn handen kriebelen als ik hoor en zie dat dingen aan GoalGetter verbeterd kunnen worden.î Veel zal Theune echter niet meer toevoegen aan GoalGetter, want haar tijd als AIO zit erop. In december gaat ze promoveren op dit onderwerp. Als alles meezit. îHet promoveren is onder voorbehoud. Dat moet erbij vermeld wordenî, lacht Theune. îIk heb er wel vertrouwen in, hoor. Maar je weet het nooit. Mijn begeleider en promotor zijn erg kritisch en ik kan me nauwelijks voorstellen dat anderen nog kritischer zijn.î Of Theune als doctor verder gaat werken aan GoalGetter is nog een groot vraakteken, ook al is er interesse uit het bedrijfsleven voor het programma. Theune: îNet als het reisinformatiesysteem is ook GoalGetter gemaakt als onderzoeksobject. Het is niet gemaakt om in gebruik te worden genomen. Toch zijn we wel aan het praten met een bedrijf. En ik vind het eigenlijk ook wel heel leuk als mensen het echt zouden gaan gebruiken.î Vreemd is het niet dat bedrijven interesse hebben in de mogelijkheden van GoalGetter, want toepassingen zijn er te over. îJe zou de computer kunnen bellen als je in de auto zit en de voetbaluitslagen wilt weten. En het ligt voor de hand dat het door blinden en slechtzienden gebruikt kan worden. De informatie wordt ook aantrekkelijker gepresenteerd dan wanneer het in tabellen staat.î Voor het leven na GoalGetter heeft Theune nog geen concrete plannen. îIk wil natuurlijk verder met taalkunde en de praktische kant ervan is me erg bevallen. In de taalkunde ben je vaak bezig met theoriÎn en soms bijten de theorie en de praktijk elkaar. Dan kom je tot een theorie die praktisch helemaal niet uitvoerbaar is.î Wat in ieder geval wel blijft is haar werk voor Amnesty International. îAmnesty bevredigt mijn wens om Ëcht nuttige dingen te doenî, vertelt Theune. îEen link met mijn werk heeft Amnesty niet. De enige link is misschien de link op mijn homepage. We hebben overigens wel studenten nodig bij Amnesty. Zo kan ik toch even misbruik maken van de aandacht voor GoalGetter!î/.