DFG Schwerpunktprogramm 2312
Ziel des Schwerpunktprogramms
Mit dem Übergang zu einer weltweit nachhaltigen Energieerzeugung wird der bereits jetzt große Anteil elektrischer Energie am Gesamtenergieumsatz noch einmal deutlich steigen. Diese Energiemengen müssen nicht nur ressourcen- und umweltschonend erzeugt, sondern auch effizient verteilt, umgesetzt und genutzt werden. Die zentrale Schlüsseltechnologie hierfür ist die Leistungselektronik, die für die Integration erneuerbarer Energien in elektrische Versorgungsnetze, die Lade- und Antriebstechnik für die Elektromobilität, die Stromversorgung von Datenzentren oder das Hochfrequenznetz für den Mobilfunk unabdingbar ist. Neue leistungselektronische Bauelemente, Schaltungen und Komponenten werden benötigt, um das jeweils passende Spannungs- bzw. Strom- und Frequenzprofil besonders effizient zu erzeugen. Erhebliche Energieeinsparungen sind möglich, allein in der Energie- und Fahrzeugtechnik kann ein bisher ungenutztes Einsparpotenzial von bis zu 35% erschlossen werden. Dies bietet nicht nur wirtschaftliche Vorteile, sondern senkt auch die mit den Anwendungen assoziierten CO2-Äquivalente deutlich.
Durch die Fortschritte bei Halbleitermaterialien mit Festkörpereigenschaften wie großem Bandabstand erfährt die Leistungselektronik derzeit einen starken Innovationsschub. Es lassen sich Bauelemente realisieren, die im Vergleich zum Stand der Technik um Größenordnungen höhere Schaltgeschwindigkeiten erreichen, bei gleichzeitig geringen Verlusten. Insbesondere der moderne Halbleiter Galliumnitrid (GaN) eröffnet zudem völlig neue Integrationstiefen und Schaltungen für hochfrequente leistungselektronische Komponenten und effiziente hochkompakte Systeme. In einem interdisziplinären Ansatz, der die Expertise aus der Festkörperphysik, der Halbleitertechnologie und des Systementwurfs vereint, sollen die notwendigen wissenschaftlichen Methoden erarbeitet werden. Neuartige Bauelemente, Schaltungen sowie Komponenten für hocheffiziente leistungselektronische Systeme sollen erforscht und demonstriert werden. Aufgrund der Komplexität der Systeme und der Breite der Applikationen erfordert die Entwicklung dieses aufstrebenden Forschungsfelds und dessen Prägung in der Wissenschaftslandschaft eine fach- und ortsübergreifende Zusammenarbeit.