Leistungsfähige Festkörperbeleuchtung
Beleuchtung verbraucht mehr als 20 % des Stroms. Gängige Technologien sind verschwenderisch und unwirtschaftlich. Im Gegensatz dazu verfügt Festkörperbeleuchtung aus kolloidalen Nanokristallen über einen Wirkungsgrad von 100 %, aber bei der Entwicklung derartiger Technologie gibt es einige Probleme. Das von der EU finanzierte Projekt EDONHIST (‘Electronic’ doped colloidal nanocrystal heterostructures with designed interfacial composition: Towards the development of new nano-device concepts for lighting and energy technologies) beschäftigte sich mit einigen der Probleme. Das Team arbeitete am Confinementpotenzial von Nanokristall-Heterostrukturen und an der elektronischen Dotierung. Die Forscher untersuchten die strukturellen und optischen Nanokristalleigenschaften, um eine effiziente, kostengünstige und praktische SSL-Vorrichtung zu entwickeln. Teammitglieder entwickelten neue Verfahren zur Synthese von wellenfunktionsoptimierten Quantenpunkten (quantum dots, QDs) mit kontrollierter Grenzflächenzusammensetzung. Dem Ansatz folgend reduzierte man die Wachstumszeit, ohne die optischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Die Forschenden untersuchten gleichermaßen die Photophysik der neuen Materialien. In diesem Stadium demonstrierten sie einen neuen Antibunching-Mechanismus sowie verdeutlichten den Einfluss von Oberflächen und Grenzflächen auf die optischen Eigenschaften. In insgesamt vier praktischen Anwendungen kamen Quantenpunkte zum Einsatz. Hauptergebnis des Projekts waren großflächige farblose lumineszierende Solarkonzentratoren (Luminescent Solar Concentrator, LSC). Der lumineszierende Solarkonzentrator basierte auf schwermetallfreien kolloidalen Quantenpunkten und auf indirekt bindenden Siliziumnanopartikeln. Die abschließende Erzeugung von lumineszierenden Solarkonzentratoren wurde aufgrund der Reabsorption der gelenkten Lumineszenz nicht von optischen Verlusten beeinträchtigt. Die resultierenden Bauelemente zeigten trotz ihrer großen Fläche und hohen Transparenz (70 % Transmissionsgrad) rekordverdächtige Umwandlungswirkungsgrade von mehr als 3 %. Die Bauelemente sind somit gute Kandidaten für integrierte Photovoltaikelemente wie beispielsweise Fenster. Mit Simulationen prognostizierte man die optische Leistungsfähigkeit der LSCs bei größerer Breite und Dicke. Die Resultate ließen eine optische Spitzenleistung von 70 W erkennen. Eine Leistung in dieser Höhe wäre mit mehreren Scheiben mit Flächen von einem Quadratmeter Größe mit eingebetteten optimierten QDs erreichbar. Die Arbeit mündete in 22 von Experten begutachteten wissenschaftlichen Artikeln und drei Patentanmeldungen. Anhand der letztgenannten gründete das Projekt eine Spin-off-Firma, welche die im Rahmen von EDONHIST entwickelten Photovoltaikfenster industrialisieren und kommerzialisieren soll. Resultat wird eine neue, hocheffiziente Beleuchtungstechnik sein. Das Produkt besteht im Wesentlichen aus Flachglasscheiben, die Licht emittieren.
Schlüsselbegriffe
Festkörperbeleuchtung, Nanokristall, EDONHIST, kolloidaler Nanokristall, Nanokristall-Heterostrukturen
