隨著人們更加重視環保，以及電能的生產成本居高不下，節能減碳已經不只是世界趨勢，而是迫在眉睫的需求；對台灣的科技業來說，讓生產機具與設備減少電能耗損、避免將能量消耗在發熱上，不但能夠延長機具的壽命，也能讓生產成本大幅下降，使得終端產品的價格更具競爭力。「節能」如今是最需要創新精神的領域之一，也是最困難的。
今年首度舉辦的 TIE Award 為了要鼓勵台灣的科技產業，能夠持續與全球最具創新特色的研究者相互交流，特別遴選了維吉尼亞理工學院未來能源電子中心(Virginia Tech Future Energy Electronics Center)團隊作為節能科技的代表，與台灣產業和學術界交流當今最前沿的半導體研究。
從半導體材料開始節省每一點的能源
「電廠發出來的電，很多都在不斷的功率轉換中，就轉換成熱能耗損掉了，我們要做的就是從最基礎的晶片材料開始，重新思考功率半導體可以如何更加省電。」帶領維吉尼亞理工學院未來能源電子中心從事基礎研究的賴日生主任認為，功率半導體是變頻器(Inverter)的核心結構之一，如果能夠應用更加節能的第三代半導體，那將能夠大大提升元件的能源效率。
在半導體材料領域中，第一代半導體是矽（Si），第二代是砷化鎵（GaAs），而目前市場所談的第三代寬能隙半導體指的是使用碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）為原料的半導體。第一代的半導體，當操作的溫度過高時，或是應用在太空或是電動車等高溫、高輻射的極端環境下，就容易出現故障。因此可耐高溫、操作電壓更高的第三代寬能隙半導體（Wide Band Gap，WBG）材料是目前節能電子元件的核心。
賴日生主任的研究團隊不但將寬能隙半導體導入變頻器的研究，也對於變頻器的大型電路設計有了許多改良，終於有效地提升能源轉換率。這些大功率的變頻器，為了要達到高功率、低諧波量的目的，應用在電動車、太陽能板或是捷運、高鐵等運輸系統上，會將變頻器的功率元件做適當的串接，組成多層電壓輸出變頻器以便提高耐壓，達到大功率及高電壓輸出的要求。賴教授的團隊在近日發表論文提到，系統能源轉換率已經可以高達98.8%以上。
與台灣產業、人才的密切合作
除了在學術單位進行研究，賴教授的團隊也與台灣產業的合作關係相當緊密。「使用寬隙半導體，不只是具有節能的意義，電子元件的尺寸也能因此縮小，那麼重量減輕，就能夠明顯地增加電動車的續航力；用在太陽能板上，也能夠增加3-10%的發電，這些技術對於台灣產業發展綠電都相當重要。」賴日生教授說。目前相關的技術也已經與台灣的頻譜電子、力英電子，依照需求合作製成了不同尺寸和使用規格的變頻器，未來能源電子中心也會與交大合作，在學術面持續參與台灣高階半導體的國家計畫。
提到產業人才，賴教授也相當鼓勵台灣的學生出國留學。「出國留學還是一個累積知識經驗相當重要的方式，現在台灣的學生比較不願意離開台灣到美國來求學，長期下來其實對國家和產業都有一定的影響。」賴教授說。在不同的國家可以見識到許多文化思維的不同，也有許多比賽和機會都不是在台灣可以看得到的，走出去對於自己思考問題的角度也會有影響。
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