Perkembangan kendaraan listrik (electric vehicle/EV) tidak hanya bergantung pada kapasitas baterai, tetapi juga pada perangkat elektronik daya yang menjadi jantung sistem penggeraknya. Inverter, konverter, dan sistem manajemen baterai membutuhkan komponen semikonduktor yang mampu beroperasi dengan efisiensi tinggi, panas rendah, serta keandalan jangka panjang. Dalam konteks inilah, semikonduktor wide-bandgap (WBG) seperti Silicon Carbide (SiC) dan Gallium Nitride (GaN) menjadi kunci untuk mempercepat adopsi kendaraan listrik global.
Dibandingkan silikon konvensional, SiC dan GaN memiliki bandgap energi yang lebih besar (sekitar 3,3 eV untuk SiC dan 3,4 eV untuk GaN). Hal ini memungkinkan keduanya beroperasi pada tegangan tinggi, frekuensi switching lebih cepat, dan suhu ekstrem tanpa kehilangan performa signifikan. Pada kendaraan listrik, karakteristik ini berarti inverter yang lebih kecil, ringan, dan efisien, sehingga langsung berdampak pada peningkatan jarak tempuh kendaraan dengan energi baterai yang sama (Millán et al., 2014; Chow, 2020).
Salah satu contoh nyata implementasi teknologi ini adalah penggunaan MOSFET berbasis SiC pada Tesla Model 3. Inverter berbasis SiC terbukti mampu mencapai efisiensi lebih dari 97%, sehingga energi baterai dapat dimanfaatkan secara optimal untuk memperpanjang jarak tempuh. Sementara itu, GaN semakin populer untuk aplikasi pengisian cepat (fast charging), karena mobilitas elektron yang tinggi membuatnya mampu mentransfer energi dalam waktu singkat dengan panas minimal. Dengan demikian, GaN sangat cocok untuk sistem pengisian kendaraan listrik di masa depan yang menuntut kecepatan dan efisiensi tinggi (She et al., 2017; Ruffino et al., 2022).
Selain peningkatan efisiensi, semikonduktor SiC dan GaN juga memberikan daya tahan lebih tinggi. Perangkat berbasis SiC, misalnya, menunjukkan keandalan pada suhu operasi di atas 200°C, menjadikannya ideal untuk kondisi ekstrem seperti pada motor traksi EV. Pengurangan kerugian daya dan kemampuan mengurangi kebutuhan pendinginan turut menekan biaya perawatan, serta meningkatkan umur pakai sistem secara keseluruhan. Hal ini menjawab salah satu tantangan utama dalam industri EV, yakni memastikan kendaraan tetap efisien sekaligus tahan lama di berbagai kondisi penggunaan (Zeng et al., 2021).
Namun, tantangan tetap ada. Harga produksi wafer SiC dan GaN masih relatif tinggi, dan proses fabrikasi yang kompleks memerlukan teknologi manufaktur canggih. Meski begitu, tren industri menunjukkan bahwa biaya akan menurun seiring meningkatnya volume produksi dan kemajuan teknologi epitaksi. Di sisi lain, keuntungan jangka panjang berupa efisiensi energi, jarak tempuh lebih panjang, serta biaya operasional rendah membuat adopsi SiC dan GaN semakin rasional bagi produsen kendaraan listrik (Bakowski et al., 2020).
Secara keseluruhan, SiC dan GaN tidak sekadar menjadi komponen teknis, melainkan fondasi revolusi kendaraan listrik modern. Dengan efisiensi lebih tinggi, daya tahan lebih baik, dan kemampuan beroperasi pada kondisi ekstrem, keduanya akan memperkuat transisi menuju transportasi berkelanjutan. Masa depan kendaraan listrik tidak lagi hanya ditentukan oleh kapasitas baterai, tetapi juga oleh kecanggihan semikonduktor yang menggerakkannya.
Referensi
- Millán, J., Godignon, P., Perpiñà, X., Pérez-Tomás, A., & Rebollo, J. (2014). A Survey of Wide Bandgap Power Semiconductor Devices. IEEE Transactions on Power Electronics, 29(5), 2155–2163. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2268900
- She, X., Huang, A. Q., & Lucía, Ó. (2017). Review of Wide Bandgap Semiconductor Technology and Its Applications. CPSS Transactions on Power Electronics and Applications, 2(3), 168–183. https://doi.org/10.24295/CPSSTPEA.2017.00018
- Chow, T. P. (2020). Wide Bandgap Semiconductor Power Devices for Energy Efficient Systems. Energies, 13(23), 6262. https://doi.org/10.3390/en13236262
- Ruffino, F., Grimaldi, M. G., & Bongiorno, C. (2022). Wide Bandgap Semiconductors for Power Electronics: Materials, Devices, and Applications. Materials Science in Semiconductor Processing, 140, 106377. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.106377
- Zeng, J., Zhang, Y., & Cheng, L. (2021). Reliability Challenges of Wide-Bandgap Power Semiconductors: Status and Perspectives. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 9(2), 1683–1698. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2020.3017274
- Bakowski, M., Domeij, B., & Bergman, P. (2020). SiC and GaN Devices—Technology, Applications and Future Trends. Semiconductors and Semimetals, 104, 1–38. https://doi.org/10.1016/bs.semsem.2020.04.001