Neue Energiewandler könnten Stromverbrauch senken

In vielen elektrischen Geräten muss mittels Energiewandler Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt oder die Spannung angepasst werden. Im Rahmen eines EU-Projekts mit Beteiligung österreichischer Forscher und Firmen ist es nun gelungen, eine wichtige Komponente dieser Wandler auf Galliumnitrid-Basis herzustellen. Die neuen Schalter versprechen enormes Energiesparpotenzial - und große Marktchancen.

Verluste halbiert

Gleich ob Netzteil des Computers oder das Aufladegerät des Handys, ein Schlüsselbauelement der darin enthaltenen Energiewandler ist immer gleich: Leistungs-Schalttransistoren. Die wichtigste Anforderung an diese Transistoren ist es, die Verluste bei der Energieumwandlung möglichst gering zu halten. Die Optimierung herkömmlicher Bauelemente auf Siliziumbasis stößt jedoch zunehmend an ihre Grenzen. Das Material an sich scheint keine weitere Steigerung der Effizienz zu erlauben.

Im EU-Projekt "HiPoSwitch" - geleitet vom deutschen Ferdinand-Braun-Instituts (FBH), unter Beteiligung der Technischen Universität (TU) Wien und österreichischer Industriepartner - ist es nun gelungen, effiziente Leistungstransistoren auf Basis von Galliumnitrid zu entwickeln. Dabei gelang es, die Verluste gegenüber herkömmlichen Technologien zu halbieren.

Kraftwerke einsparen

"In Europa werden jährlich mehr als 3.000 Terawattstunden Strom erzeugt", erklärte der Leiter des HiPoSwitch-Projektes, Joachim Würfl vom FBH in einer Aussendung. "Konvertiert man nur ein Viertel der in Europa jährlich erzeugten Elektrizität auf ein anderes Level und erhöht dabei den Wirkungsgrad um zwei Prozentpunkte, lassen sich dadurch mindestens zwei Kohlekraftwerke einsparen", sagt Würfl.

An der TU Wien, wo man bereits seit über zehn Jahren Erfahrung in der Bearbeitung von Galliumnitrid hat, kümmerte man sich vor allem um die thermische Belastbarkeit des Bauelements. "Der neue Transistor erzeugt aufgrund der geringeren Verluste weniger Wärme, hält aber gleichzeitig auch höhere Temperaturen aus", erklärt Gottfried Strasser, Vorstand des Zentrums für Mikro- und Nanostrukturen an der TU Wien, gegenüber der APA. Dadurch verringern sich die Ansprüche an die Kühlung und die Energiewandler werden kleiner und leichter, wie Strasser betont.

Infineon testet Fertigung

Um die Tauglichkeit der neuen Technologie für eine kostengünstige, industrielle Fertigung zu demonstrieren, hat der Chiphersteller Infineon in Villach eine seiner Silizium-Prozesslinien für die Produktion der Galliumnitrid-Transistoren angepasst. "Ein solches Produkt durchläuft mehrere Hundert Prozessschritte", sagte Oliver Häberlen, Projektverantwortlicher bei Infineon Austria, gegenüber der APA. "Unsere Herausforderung war es, diese Fertigungsschritte an den vorhandenen Maschinenpark anzupassen, um zukünftig eine möglichst hohe Auslastung und damit eine kostengünstige Fertigung zu realisieren."

Als letztes Glied in der Wertschöpfungskette baute schließlich die Wiener Firma Artesyn Austria einen Energiewandler, wie er in Mobilfunk-Basisstationen zum Einsatz kommt. Unter Verwendung der von Infineon gefertigten Schalter erreichten sie dabei eine Umwandlungseffizienz von 98 Prozent. In Anbetracht der technischen Vorteile, der Möglichkeit einer kostengünstigen Herstellung und der weiten Verbreitung von Leistungs-Schalttransistoren sehen die Projektpartner ein enormes Marktpotenzial für neuen Technologie.