在全球能源转型的背景下，电力电子技术正逐渐成为推动可持续发展的核心力量。德国联邦教育和研究部（BMBF）最近宣布，将近200万欧元的资金投入到“All-GO-HEMT”项目中，旨在开发高电子迁移率的调制掺杂β-(AlxGa1-x)2O3/Ga2O3异质结构。这一项目由柏林莱布尼茨晶体研究所的Andreas Fiedler博士领导，预计将显著提高电力电子的效率，为可持续能源生产做出重要贡献。
项目背景与技术细节
“All-GO-HEMT”项目的核心在于利用氧化镓（Ga2O3）这一超宽带隙材料。Ga2O3被认为是电力电子领域的有前途的候选材料，能够实现更紧凑的设计，从而提高转换过程的效率和系统的可靠性。与传统材料如硅、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）相比，Ga2O3在提高效率方面的潜力尚未得到充分利用。根据AG Energiebilanzen e.V.的报告，2021年德国约有65%的电能在转换过程中损失，这一高损失迫切需要解决方案。
尽管Ga2O3在电力电子技术中具有潜力，但其载流子迁移率相对较低，这是其应用的一大障碍。Fiedler博士形象地将Ga2O3与传统材料进行比较：“氧化镓就像十米的泥路与一公里的高速公路。虽然速度较慢，但由于设计更紧凑，能耗更低，最终能更快到达目的地。”项目的目标是通过创新的铝合金异质结构设计，克服Ga2O3在载流子迁移率方面的限制，从而提升电力电子的整体效率。
图：All-GO-HEMT 项目经理 Andreas Fiedler 博士和氧化镓晶片
项目目标与应用前景
“All-GO-HEMT”项目不仅旨在开发新材料，还希望为研究和工业创造一个可靠的材料基础。这一基础对于开发高性能设备至关重要，因为目前高质量材料的缺乏限制了紧凑设计和优化制造工艺的开发。项目合作伙伴Ferdinand-Braun Institut (FBH)将利用这一材料基础开发新原型，随后由ZF Friedrichshafen AG进行工业应用测试。AIXTRON SE和Siltronic AG将分析从晶体生长到成品设备的整个价值链，以量化和评估这项技术的经济和生态效益。
社会与经济影响
电力电子技术的进步对于实现全球可持续发展目标至关重要。根据Hitachi Energy的分析，电力电子技术在全球能源系统中扮演着越来越重要的角色，预计未来几十年，全球70%的电能将通过电力电子技术进行处理。更高效的电力电子不仅有助于减少有害排放，还能提高能源密集型过程的经济效率。
“All-GO-HEMT”项目的成功实施，将为德国在电力电子领域的技术主权奠定重要基础。通过提高电力电子的效率，我们不仅可以减少能源损失，还能促进经济增长，创造新的就业机会。Fiedler博士指出：“我们坚信，通过结合更紧凑的设计和更高的载流子迁移率，电力电子的效率可以显著提高。”
未来展望
随着电力电子技术的不断发展，行业面临着新的机遇和挑战。未来，电力电子技术将继续推动可再生能源的接入，提高电网的灵活性和可靠性。根据《电力数字化2030》报告，电力系统的数字化将成为实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑。在这一过程中，电力电子技术将发挥关键作用，帮助实现更高效的能源管理和利用。
综上所述，“All-GO-HEMT”项目不仅是技术创新的体现，更是推动可持续能源发展的重要举措。通过对氧化镓材料的深入研究和应用，德国在电力电子领域的技术实力将进一步增强，为全球能源转型提供有力支持。
