IMEC-Fellow kommentieren das mooresche Gesetz - Teil 5 Dr. Jef Poortmans »Auch das Internet of Power profitiert vom mooreschen Gesetz«

Moore´s Gesetz
Moore´s Gesetz

Von modernen Halbleiterfertigungstechniken profitieren auch die Hersteller von PV-Zellen. Aber auch der Sensorik-Bereich nutzt neueste Halbleitertechniken – z.B. für autonome Sensoren im Smart Grid, basierend auf dezentraler Einspeisung aus erneuerbaren Quellen. Dr. Poortmans sieht darin einen Beitrag für den Umweltschutz.

Es klingt vielleicht seltsam, aber das Streben nach kleineren Dimensionen im Sinne des mooreschen Gesetzes ist ein wichtiger Treiber zur Fertigung immer besserer Solarzellen mit den erweiterten technischen Verfahren – einschließlich ALD, Epitaxie etc. Kontinuierlich werden neue und verbesserte Prozessschritte entwickelt, um diese kleinen Transistor-Dimensionen zu erreichen – zum Aufwachsen von Materialschichten oder mit Ätzprozessen zum Abtragen von Strukturen.

 Einige dieser neuen Prozesschritte können wir nun auch zur Fertigung neuester Solarzellen und Batterien einsetzen. Das gilt beispielsweise für ALD (Atomic Layer Deposition), eine Technik, die beim Übergang von thermischen Oxiden auf High-k-Dielektrika für Transistoren entwickelt wurde. Die Rekord-Wirkungsgrade, die wir mit unseren nPERT-Zellen erreichen, basieren auf ALD-Layern aus Aluminiumoxid. Sie ermöglichen eine erheblich effizientere Passivierung als die traditionellen thermischen Oxide. Dieselbe Technik wird auch für die Herstellung von Dünnschicht-PV-Zellen eingesetzt. Dort erlaubt sie bessere Fensterschichten. Ein weiteres Beispiel ist das Prinzip der Nanostrukturierung, das zur Herstellung der oberen Kontakte einer Solarzelle und zum Aufbringen einer Antireflexbeschichtung eingesetzt wird. Sicherlich wird es möglich sein, auch das bei der Nano-Imprint-Lithografie gewonnene Wissen in diesem Bereich nutzbar zu machen. Techniken wie ALD und CVD (Chemical Vapor Deposition) von Molekülschichten sind auch für 3D-Dünnschicht-Batterien von großer Bedeutung.

Das mooresche Gesetz fokussierte immer auf die Steigerung des Funktionsumfangs bezogen auf die Chipfläche. Dies lässt sich durch entsprechend kleinere Transistoren erreichen. Jetzt allerdings, da die Komplexität der Technik zu groß wird, halten die Forscher Ausschau nach Alternativen, um die dritte Dimension zu nutzen. Mit 3D-Stapeln kann der Funktionsumfang pro Chipfläche immer noch weiter gesteigert werden – ohne Skalierung. Diese 3D-Technik hat noch andere Vorteile: Sie ermöglicht das kompakte Stapeln von Chips, hergestellt mit unterschiedlichen Halbleitertechniken, um smarte Systeme zu erzeugen. Sensoren sind dafür ein gutes Beispiel.

Genau diese autonomen Sensorsysteme bilden die Grundlage des künftigen »Internet of Power«. Unser heutiges unidirektionales Stromversorgungsnetz – vom Kraftwerk zum Verbraucher – wird durch ein bidirektionales System ersetzt werden. Die Energie wird dezentral erzeugt werden – mit PV-Panels, Windkraftanlagen, Biomasse etc. Wohnhäuser und Industriekomplexe haben ein- und ausgehende Energieflüsse, und sie werden zunehmend auch in der Lage sein, Energie zu speichern. Dieser Ansatz ist sehr komplex und basiert auf einer Vielzahl von verteilten Sensoren, der Erfassung und Speicherung der gesammelten Daten in der Cloud, der Analyse der Sensordaten und dem Initiieren angemessener Aktionen basierend auf den erfassten Daten. Das heißt, das mooresche Gesetz ist viel mehr als ein Entwicklungsfaktor für billigere Elektronik. Es ist auch der Treiber einer grünen Zukunft!

 

 

Der Autor


Dr. Jozef Poortmans

machte seinen Abschluss in Elektrotechnik 1985 an der Katholieke Universiteit (KU) Leuven, Belgien. Er ging danach zum gerade gegründeten Forschungsinstitut IMEC. Seinen Doktortitel erhielt er im Juni 1993. Anschließend wechselte er beim IMEC in die Photovoltaik-Gruppe und wurde für den Bereich fortschrittlicher Solarzellen verantwortlich. Zu seinen Aufgaben gehörte auch das Koordinieren mehrerer europäischer Forschungsprojekte im 4. und 5. Europäischen Rahmenprogramm. 2003 wurde er zum Cluster-Koordinator für europäische Forschungsprojekte in diesem Bereich ernannt.

Gegenwärtig ist Poortmans Wissenschaftlicher Direktor für Photovoltaik beim IMEC. Er hat als Autor und Koautor nahezu 350 Aufsätze für Konferenzbände und Fachzeitschriften verfasst. Als Board Member der EUREC-Agentur ist er in die Vorbereitung der strategischen Forschungsagenda für die photovoltaische Energieerzeugung der European Photovoltaic Technology Platform involviert.