Đức nghiên cứu chất bán dẫn tăng cường hiệu quả năng lượng

Các nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ ánh sáng (LTI) thuộc Viện công nghệ Karlsruhe (KIT) (Đức) đã nhận được 800 nghìn EUR từ Bộ Khoa học Liên bang để tiến hành nghiên cứu về ứng dụng của bán dẫn các-bua si-líc trong việc nâng cao hiệu quả năng lượng.

Các quá trình công nghiệp thường tiêu tốn rất nhiều điện năng, từ việc chế tạo những sản phẩm nhỏ bé như chất bán dẫn cho lớp phủ màn hình TV đến những sản phẩm đồ sộ như một chiếc xe ô tô.

Trong đó, có một số quá trình đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi hệ thống năng lượng của Đức ngày nay, ví dụ như quá trình sản xuất ra những vật liệu có độ thuần khiết cao như silicon. Bằng cách thay đổi vùng nóng chảy, các vật liệu ngày càng đạt được độ thuần khiết cao hơn trước. Công nghệ này đã được ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất silicon có độ thuần khiết cao dành riêng cho những tấm pin mặt trời.

Hiện nay, nguồn cung năng lượng cho các hệ thống vùng di động là những bộ khuếch đại với hiệu suất điện khoảng 65%. Nếu có thể thay thế chúng bằng những bán dẫn điện được làm từ các-bua si-líc, hiệu quả năng lượng của nguồn cung có thể lên tới hơn 80%.Nhờ đó, tiêu thụ năng lượng và phát thải khí nhà kính sẽ được giảm thiểu.

Ví dụ, một lò phản ứng cỡ lớn có thể bao gồm đến 20 nguồn điện nhỏ có công suất 50 kW với thời gian vận hành hàng năm 4.800 giờ, cho phép giảm thiểu đến 200 nghìn kWh điện năng và 109 tấn CO₂ (Theo báo cáo của Cục Môi trường Liên bang Đức, tháng 7 năm 2013).

Tính khả thi của nguồn cung điện này đang được các nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ Ánh sáng (LTI) của KIT cùng các đối tác công nghiệp tiến hành nghiên cứu trong dự án “Nguồn cung điện năng quá trình trung tần mô-đun với các bộ chuyển mạch bán dẫn điện các-bua si-líc”.

Các-bua si-líc có những tính năng vượt trội với khe hở tầng điện tử có thể tạo ra nhiệt độ vận hành cao hơn hẳn các chất bán dẫn thông thường. Các điện tử công suất được chế tạo từ các-bua si-líc có hiệu suất năng lượng cao và bền bỉ.

Mục tiêu của nghiên cứu nhằm đánh giá kĩ càng tiềm năng tiết kiệm năng lượng của vật liệu này, đồng thời tìm kiếm một phương pháp kiểm soát và bố trí mạch mới để nâng cao hơn hơn tính hiệu quả và ổn định của các bán dẫn làm từ các-bua si-líc.

Dự án nghiên cứu có tổng vốn đầu tư lên tới 1,3 triệu EUR, được bắt đầu từ năm 2014 và kéo dài trong khoảng ba năm.

Anh Tuấn (Theo Power EETimes)