Ideen für eine leuchtende Zukunft
Anwendungszentrum für Anorganische Leuchtstoffe betreut Sonderausgabe von „Advanced Optical Materials”.
Mit Wachstumsraten von jährlich 30 Prozent erobern LEDs den Lichtmarkt. Bis 2020 soll ihr Marktanteil bei 60 Prozent liegen. Einen Überblick neuer Forschungsansätze und eine Bewertung ihrer Potenziale liefert die Sonderausgabe „Optical Materials for Spectral Management” der Fachzeitschrift „Advanced Optical Materials”. Die Beiträge internationaler Experten, die vom Fraunhofer-Anwendungszentrum für Anorganische Leuchtstoffe in Soest und dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Halle ausgewählt wurden, stellen unter anderem neue Ideen für Weißlicht-LEDs und die Möglichkeiten von Spectral Light Management zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen vor.
Abb.: Die vom Fraunhofer IWM für die Sonderausgabe von „Advanced Optical Materials” ausgewählten Beiträge geben einen Überblick über den aktuellen Forschungsstand. (Bild: Wiley-VCH).
Aufgrund ihrer enormen Vorteile im Hinblick auf Effizienz, Kompaktheit, Lebensdauer und Energieverbrauch ersetzen LEDs zunehmend herkömmliche Lichtquellen. Im Sonderband „Optical Materials for Spectral Management” zeigen international führende Wissenschaftler, welche Potenziale Lichtwandler wie Leuchtstoffe, Szintillatoren und optische Materialien für die Up- und Down-Conversion haben und welche neuen Möglichkeiten sich dadurch beispielsweise für Leuchtmittel, medizinische Bildgebung oder die Photovoltaik eröffnen. Als Gasteditoren des Sonderbandes wirkten Ralf Wehrspohn, Direktor des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Halle, und Stefan Schweizer, Leiter des Fraunhofer-Anwendungszentrums für Anorganische Leuchtstoffe in Soest, mit.
Eine besondere Herausforderung für die Forschung sind Weißlicht-LEDs. Derzeit kombinieren sie meist einen blauen LED-Chip mit einem gelb emittierenden Leuchtstoff. Wegen des fehlenden Rotanteils wirkt das entstehende Weißlicht eher kalt, zudem sind einige der eingesetzten Leuchtstoffe wenig effizient. Für die nächste Generation von Weißlicht-LEDs wird deshalb nach neuen Leuchtstoffen mit höherem Wirkungsgrad und besserer Farbwiedergabe gesucht. In den Beiträgen der Zeitschrift werden unter anderem der Einsatz von Mn(IV) sowie sternförmigen organischen Halbleitern mit Kernen aus Brom-Dipyrromethen (BODIPY) für rot-emittierende Leuchtstoffe vorgestellt. Auch die Möglichkeit, einzelne Leuchtstoffe mit physikalischen Methoden zu verbessern, wird beleuchtet. Das Material wird dabei mechanisch belastet, Magnetfeldern, elektrischen Feldern oder verschiedenen Temperaturen ausgesetzt, um die Grundlagen seiner Lumineszenz besser verstehen zu können.
„Der Sonderband fasst aussichtsreiche Ansätze für modernes Lichtmanagement zusammen. Insbesondere die Effizienz von LED-Leuchtstoffen kann materialwissenschaftlich noch essentiell verbessert werden und so einer energieeffizienten Beleuchtung den Weg ebnen”, so Schweizer.
Zudem werden im Sonderband verschiedene Forschungsarbeiten diskutiert, die mittels Spectral Light Management den Wirkungsgrad von Solarzellen erhöhen. Ziel ist es, einen größeren Bereich des Lichtspektrums ausnutzen zu können. „Bei der Optimierungen von Solarzellen kommen wir in einigen Bereichen immer näher an die Grenzen, die durch die Materialeigenschaften gesetzt sind. Deshalb wird der Blick auf die Photonik und die optischen Prozesse innerhalb der Zelle immer wichtiger”, sagt Wehrspohn. Zu den vorgestellten Möglichkeiten zählen etwa Kombinationen aus photonischen Kristallen und Quantenpunkten, der Einsatz von Lanthan-angereicherten fluoridischen Nanopartikeln oder die Up-Conversion durch Neodym-angereicherte Glaskeramik.
IWM / CT
