»Wir müssen Bauelemente entwickeln, die Energie noch effizienter wandeln.«

26.11.2019

Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) bietet in sechs Technologieplattformen ein breites Portfolio entlang der gesamten mikroelektronischen Wertschöpfungskette – von Systemdesign bis hin zu Test und Zuverlässigkeit. Eine dieser Plattformen ist Leistungselektronik.

Herr Dr. Grimm, Sie sind Ansprechpartner für die Technologieplattform Leistungselektronik – warum ist Leistungselektronik so wichtig?

Leistungselektronik ist eine Schlüsseltechnologie, die unser digitales Leben erst ermöglicht. Mittlerweile benötigen wir in fast jeder Situation im Alltag Energie, die in irgendeiner Art umgeformt werden muss. Nehmen wir beispielsweise das Aufladen eines mobilen Geräts: Die Spannung der Hausversorgung muss entsprechend gewandelt werden, um den Akku eines Mobiltelefons aufzuladen.

 

Welche Herausforderungen gibt es derzeit in diesem Bereich?

Energieeffizienz ist nicht erst seit den jüngsten Debatten um Klimaschutz und ein nachhaltiges Leben von großer Bedeutung. Entlang der kompletten Wertschöpfungskette – von Erzeugung, Übertragung bis hin zum Verbrauch – wird Energie mehrfach umgeformt. Allerdings geht bei jedem Schritt Energie verloren. Nur durch effiziente Wandlungen können wir diese Verluste und somit den Energieverbrauch insgesamt reduzieren.

 

Können Sie dafür ein Beispiel nennen?

Nehmen wir die Elektromobilität: Die Reichweite eines Elektroautos ist zentral für die Akzeptanz dieser neuen Form der Fortbewegung im Vergleich zu konventionellen Autos mit Verbrennungsmotoren. Es wird zwar an der Erweiterung der Kapazität der Akkus gearbeitet; allerdings muss die Energie in den Akkus auch so effizient wie möglich genutzt werden, damit sie für möglichst viele Kilometer reicht.

 

Was wird getan, um die Energieeffizienz der Systeme zu erhöhen?

Wir müssen Bauelemente entwickeln, die Energie noch effizienter wandeln. Dazu erforschen und entwickeln unsere Mitgliedsinstitute Bauelemente auf der Basis von Wide Bandgap (WBG)-Halbleitern wie Siliziumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN). Diese sind in ihren physikalischen Eigenschaften zum Teil dem klassischen Silizium (Si) überlegen. Beispielsweise sind die Wärmeverluste bei der Energieumformung deutlich geringer. So bieten sie die Grundlage für neue und effizientere Bauelemente. Das Projekt »SiCModul«, bei welchem auch unser FMD-Mitgliedsinstitut Fraunhofer IZM Projektpartner ist, ist ein Beispiel dafür.

 

Welche Bedeutung kommt der Leistungselektronik mit der Mobilitätswende zu?

Werfen wir einen Blick auf die Anzahl der verbauten Chips in einem konventionellen Auto und im Vergleich dazu in einem Elektroauto. Laut dem Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI) sind in einem konventionellen Auto Chips im Wert von 340 € verbaut. In einem Elektroauto haben die verbauten Chips einen Wert von 410 €. Eine Steigerung gibt es durch das autonome Fahren. Der ZVEI geht davon aus, dass in einem autonom fahrenden Elektroauto Chips im Wert von 910 € verbaut sind. Natürlich sind ein Großteil der Chips dann für Fahrassistenzsysteme zuständig, aber alles »an Board« muss mit Energie versorgt werden. Deshalb muss die Energie aus der Batterie möglichst effizient umgeformt werden.

 

Wie geht die FMD mit ihrer Technologieplattform die aktuellen Problemstellungen in der Leistungselektronik an?

Mein Kollege Dr. Stephan Guttowski und ich haben mit der Technologieplattform Leistungselektronik ein Instrument ins Leben gerufen, mit dem wir das FMD Know-how institutsübergreifend bündeln. Die exzellenten Einzelkompetenzen unserer Mitgliedsinstitute werden zu einem ganzheitlichen Angebot zusammengeführt. Mit unseren Kolleginnen und Kollegen aus den FMD-Mitgliedsinstituten können wir so die gesamte Wertschöpfungskette der Leistungselektronik bedienen. Damit sind wir eine zentrale Anlaufstelle für Kooperations- und Industrieanfragen.