Zonnecellen dunne film, dat is geen uniforme categorie, verre van zelfs. Het omvat een hele reeks technologische benaderingen, allemaal met dat ene gemeenschappelijke kenmerk: een flinterdunne laag actief materiaal. Maar daarbinnen, daar zit de werkelijke variatie. Waar de een spreekt van 'amorfe zonnecellen', doelt men vaak op een specifieke variant, terwijl de overkoepelende 'thin film' term veel breder is.
De belangrijkste onderscheiden varianten, primair gebaseerd op het gebruikte halfgeleidermateriaal, zijn:
Het is cruciaal om te begrijpen dat al deze types zich onderscheiden van de gangbare kristallijne silicium zonnecellen, de traditionele, stugge panelen die we overal zien. Waar kristallijne cellen dikke plakken puur silicium gebruiken, met een hoge initiële efficiëntie, blinken dunnefilmvarianten uit in flexibiliteit, lagere materiaalbehoefte, en soms betere prestaties onder minder ideale lichtomstandigheden, hoewel vaak ten koste van de piek-efficiëntie per oppervlakte-eenheid. Elke variant heeft zo zijn eigen plek, afhankelijk van de specifieke eisen van een project.
De theorie is één ding, maar hoe ziet 'dunne film' er nu écht uit in de praktijk? Waar kom je het tegen, buiten de laboratoriumopstellingen? Het zijn de situaties waar traditionele panelen minder geschikt zijn, of waar specifieke eigenschappen meer wegen dan pure piek-efficiëntie per vierkante meter.
De toepassing van dunnefilm zonnecellen, ondanks hun specifieke constructie en materiaalkeuze, valt onherroepelijk onder de algemene kaders van wet- en regelgeving die gelden voor alle fotovoltaïsche installaties in Nederland. Dit betekent dat bij de plaatsing van deze systemen, of het nu op daken is of geïntegreerd in gevels, terdege rekening gehouden moet worden met de eisen uit het Bouwbesluit, tegenwoordig het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL). Daarin staan bepalingen over constructieve veiligheid, brandveiligheid, en deugdelijke bevestiging. Niet zomaar een paneel op een dak, het moet kloppen.
Voor de elektrische installatie en de veilige aansluiting op het net zijn de normen van NEN 1010 leidend. Deze norm garandeert simpelweg een veilige elektrische installatie, zowel in woningen, utiliteitsgebouwen als in buiteninstallaties. Specifiek voor de zonnepanelen zelf, hun productconformiteit, is van essentieel belang. Paneelkwaliteit en veiligheid worden veelal getoetst aan de NEN EN IEC 61730-serie voor veiligheid en NEN EN IEC 61215 voor kristallijne modules, of, heel specifiek voor dunnefilmmodules, de NEN EN IEC 61646. Deze laatste norm definieert de eisen voor ontwerpkwalificatie en typegoedkeuring voor dunnefilm terrestrische fotovoltaïsche modules; een cruciaal document dus voor producenten.
Een apart, en niet onbelangrijk, aandachtspunt betreft de gebruikte materialen. Vooral bij types zoals Cadmiumtelluride (CdTe) komen milieuregelgevingen prominent in beeld. Cadmium is immers een zwaar metaal. De Europese WEEE-richtlijn (Waste Electrical and Electronic Equipment) en de nationale vertalingen daarvan, zoals de Regeling afgedankte elektrische en elektronische apparatuur, zorgen ervoor dat deze panelen aan het einde van hun levensduur op een verantwoorde manier worden ingezameld en verwerkt. Recycling en de veilige omgang met eventueel schadelijke stoffen staan dan centraal, dit om een duurzame kringloop te waarborgen, een absolute must in de hedendaagse bouwpraktijk.
De zoektocht naar efficiënte omzetting van zonlicht in elektriciteit is al oud, maar de specifieke ontwikkeling van zonnecellen op basis van dunne film-technologieën begon pas echt serieuze vormen aan te nemen in de tweede helft van de 20e eeuw. Waar de eerste zonnecellen, ontwikkeld in de jaren vijftig, nog zware en dure enkelkristallijne siliciumwafers vereisten, ontstond de behoefte aan alternatieven. Licht, flexibel, en vooral goedkoper. Dit dreef het onderzoek naar materialen die in extreem dunne lagen hun werk konden doen.
De vroege experimenten met amorf silicium (a-Si) in de jaren zeventig waren baanbrekend; plotseling kon silicium, zonder de noodzaak van een perfecte kristalstructuur, worden afgezet als een flinterdunne laag. De efficiëntie was aanvankelijk laag, maar het potentieel voor massaproductie en toepassing in alledaagse producten, zoals rekenmachines, was direct duidelijk. Niet lang daarna verschenen ook andere materiaalvarianten op het toneel. Cadmiumtelluride (CdTe) bijvoorbeeld, ontdekt vanwege zijn uitstekende lichtabsorberende eigenschappen. Dit materiaal vond al snel zijn weg naar grootschalige, industriële toepassingen, met name door de relatief eenvoudige depositietechnieken en de belofte van lagere productiekosten per wattpiek.
In de jaren tachtig en negentig ontwikkelde de koper-indium-gallium-selenide (CIGS) technologie zich verder. Deze variant beloofde en leverde uiteindelijk hogere efficiënties, vergelijkbaar met of zelfs overtreffend die van kristallijn silicium in laboratoriumomstandigheden, maar de productie ervan bleef complex. De vroege 21e eeuw zag een commercialisering van deze dunnefilmtechnologieën. Ze vonden ingang in specifieke niches waar traditionele zonnepanelen tekortschoten: denk aan esthetische integratie in gebouwen (BIPV), flexibele toepassingen op uiteenlopende oppervlakken, en grootschalige projecten waar de robuustheid en lagere kosten per vierkante meter zwaarder wogen dan de absolute piek-efficiëntie. Hoewel kristallijn silicium de dominante technologie bleef, bewezen dunnefilmvarianten hun blijvende waarde door hun unieke eigenschappen en constante technologische verbeteringen, waardoor ze een onmisbaar onderdeel zijn geworden van het diverse landschap van zonne-energie.