Von der Halbleiterfertigung über die Beschichtung von Displays bis hin zu Prozessen im Automobilbau: Viele industrielle Verfahren verbrauchen grosse Mengen elektrischer Energie. Darunter sind auch Technologien, die eine wichtige Rolle für die Energiewende spielen, wie das Zonenschmelzverfahren (Float Zone Verfahren) zum Herstellen von hochreinen kristallinen Werkstoffen.

Elektrischer Wirkungsgrad von 65 auf 80 % steigern
Zur Stromversorgung von Zonenschmelzanlagen werden bis jetzt auf Röhrentechnologie basierende Systeme eingesetzt, die einen elektrischen Wirkungsgrad von maximal 65 Prozent aufweisen. Durch eine Umstellung auf Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid liesse sich der Wirkungsgrad der Prozessstromversorgungen auf über 80 Prozent steigern. Dies würde grosse Mengen an elektrischer Energie einsparen und Treibhausgasemissionen reduzieren.

Die Realisierbarkeit solcher Prozessstromversorgungen untersuchen Forscher am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT gemeinsam mit den Partnern Trumpf Hüttinger GmbH + Co. KG (Freiburg) und IXYS Semiconductor GmbH (Lampertheim) im Verbundprojekt „Modulare Mittelfrequenz-Prozessstromversorgung mit Siliziumkarbid-Leistungshalbleiterschaltern“ (Mmpsic).

Höhere Energieeffizienz und Kompaktheit
Als Halbleitermaterial bietet Siliziumkarbid verschiedene Vorteile: Dank der grösseren elektronischen Bandlücke ermöglicht es deutlich höhere Betriebstemperaturen als konventionelle Halbleiter. Leistungselektronik mit Siliziumkarbid zeichnet sich besonders durch höhere Energieeffizienz und Kompaktheit aus.

Unterstützung durch BMBF
Das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt das Projekt Mmpsic auf der Grundlage des Programms „Informations- und Kommunikationstechnologie 2020“ (IKT 2020) mit rund 800’000 Euro. Insgesamt beträgt das Projektvolumen 1.3 Millionen Euro. Das Verbundprojekt startete 2014 und ist auf drei Jahre angelegt.

Text: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)