Апрель: Технология нового поколения с нулевым выбросом углекислого газа.

На изображении показано сердце реактора установки для химического осаждения металлоорганических соединений (MOCVD). Именно сюда помещается нагретая подложка, образующая основу, на которой выращивается оксид галлия. Коэн Раутенкранц, Agnitron Technology

На изображении показана машина MOCVD снаружи. Процессы контролируются компьютерами; контролируются температуры и потоки газа. Профессор Мартин Кубал

Пресс-релиз выпущен: 27 апреля 2022 г.

Силовые трансформаторы, которые в настоящее время размером с транспортные контейнеры, доставляющие энергию в дома и предприятия по всей Великобритании, могут быть уменьшены до размеров чемодана благодаря новаторскому процессу, в котором используется новый материал с наддувом с беспрецедентным уровнем эффективности.

Технология, меняющая отрасль, разрабатывается в Бристольском университете в то время, когда потребность в сокращении энергопотребления никогда не была острой, поскольку стремление сократить выбросы углекислого газа усиливается, а стоимость топлива стремительно растет.

Группа ведущих ученых только что установила первую в Великобритании машину для изготовления слоев оксида галлия, чудесного полупроводника, который является важнейшим компонентом будущих революционных энергетических устройств, способных сократить общее потребление энергии примерно на 20% как в быту, так и в быту. промышленные установки.

Большинство преобразователей мощности и источников электроэнергии функционируют путем преобразования напряжения переменного тока в другое напряжение переменного тока или напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока или наоборот. Это касается более широких сетей распределения энергии, таких как линии электропередачи, а также при подключении электрических устройств. Традиционные трансформаторы могут быть тяжелыми, металлическими и неэффективными из-за избыточного тепла, выделяемого в процессе, тогда как более современные схемы преобразования энергии в основном состоят из более распространенных полупроводниковых компонентов из кремния (Si).

В последние годы были достигнуты значительные успехи в замене силовой электроники на основе кремния новыми устройствами, изготовленными из так называемых широкозонных полупроводников. Это делает их намного меньше и эффективнее: например, в электромобилях и зарядных устройствах для ноутбуков используются компоненты, изготовленные из полупроводников с низкими потерями из нитрида галлия (GaN) или карбида кремния (SiC).

Но остаются проблемы, связанные с успешным преобразованием высокого напряжения с минимальными затратами и минимальными потерями энергии. Это включает в себя замену старых и громоздких металлических трансформаторов, расположенных в окрестностях, для обеспечения общего напряжения электросети в домашних розетках. Даже современные полупроводниковые преобразователи с кремниевыми компонентами, которые, например, передают энергию от солнечных электростанций в национальную сеть, по-прежнему имеют значительную неэффективность.

Новая университетская машина для осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD), которая может выращивать полупроводниковый оксид галлия следующего поколения, представляет собой убедительное решение этой проблемы.

Руководитель проекта Мартин Кубал, профессор физики и заведующий кафедрой новых технологий Королевской инженерной академии, сказал: «Это чрезвычайно интересная и крайне необходимая возможность. Стремление к внедрению более эффективной силовой электроники и передовых технологий возобновляемых источников энергии в условиях острого климатического кризиса меняет правила игры в сторону более устойчивого и доступного энергоснабжения в будущем.

«В настоящее время почти три четверти (72%) мирового потребления первичной энергии тратится впустую. Хотя большинство низкоуглеродных технологий по-прежнему основаны на электронных устройствах на основе кремния, мы постепенно начинаем видеть, как их заменяют полупроводники, изготовленные из нитрида галлия и карбида кремния. Поскольку действия по сокращению выбросов углекислого газа ускоряются, необходимо уделять больше внимания разработке устройств на основе оксида галлия, и мы стремимся продвигать эту задачу в масштабе и скорости».

Команда исследователей из 20 человек сотрудничает с другими группами по всему миру, в том числе в Японии, США и Германии, а также с отраслевыми партнерами, такими как Dynex Semiconductors. Система MOCVD на основе оксида галлия от Agnitron Technology в США, частично финансируемая Королевской инженерной академией, является первой в своем роде в Европе.