Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Licht aus Silizium-Nanokristall-Leuchtdioden

13.02.2013
Sie sind wenige Nanometer klein und besitzen großes Leuchtpotenzial: Nanokristalle aus Silizium.
Einem interdisziplinären Team von Wissenschaftlern des KIT und der Universität Toronto/Kanada ist es nun gelungen, siliziumbasierte Leuchtdioden (SiLEDs) herzustellen. Sie sind schwermetallfrei und können Licht in verschiedenen Farben emittieren. In der Fachzeitschrift „Nano Letters“ stellt das Team aus Chemikern, Material- und Nanowissenschaftlern sowie Experten der Optoelektronik nun seine Entwicklung erstmals vor. (DOI: 10.1021/nl3038689)

Silizium dominiert die gesamte Mikroelektronik- und Photovoltaikindustrie, galt jedoch lange als ungeeignet für Leuchtdioden. In nanoskopischen Dimensionen verhält es sich allerdings anders: Winzigen Nanokristallen aus Silizium lässt sich durchaus Licht entlocken. Diese Nanokristalle bestehen aus nur wenigen hundert bis tausend Atomen und weisen ein erhebliches Potenzial als hocheffiziente Lichtemitter auf, wie die Forschergruppe um Professor Uli Lemmer und Professorin Annie K. Powell vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sowie Professor Geoffrey A. Ozin von der Universität Toronto nachgewiesen hat. In einem gemeinsamen Projekt ist es den Wissenschaftlern nun gelungen, aus den Silizium-Nanokristallen hocheffiziente Leuchtdioden herzustellen.

Flüssigprozessierte SiLEDs: Die Änderung der Größe der Silizium-Nanokristalle ermöglicht es, die Farbe des ausgesandten Lichts zu variieren.
Abbildung: F. Maier-Flaig, KIT/LTI

Bisher war die Herstellung von Silizum-Leuchtdioden tatsächlich auf den roten sichtbaren Spektralbereich und den Bereich des Nahen Infrarots beschränkt. Bei der Effizienz von Silizium-Leuchtdioden, die rotes Licht emittieren, sind die Karlsruher Forscher bereits weltweit führend. „Ein absolutes Novum ist jedoch die kontrollierte Herstellung von Leuchtdioden, welche Licht in den verschiedensten Farben emittieren“, erklärt Florian Maier-Flaig, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT sowie Doktorand der Karlsruhe School of Optics & Photonics (KSOP). Durch gezielte Auftrennung der Nanopartikel nach ihrer Größe können die KIT-Wissenschaftler die Emissionsfarbe der Leuchtdioden nun gezielt einstellen. „Darüber hinaus zeigen unsere Leuchtdioden eine erstaunliche Langzeitstabilität, die bisher nicht erreicht wurde“, berichtet Maier-Flaig. Die erhöhte Lebensdauer der Bauteile unter Betrieb ist dem Einsatz von Nanopartikeln jeweils nur einer Größe zu verdanken. Dadurch halten die empfindlichen Dünnschichtbauteile länger. Kurzschlüsse beispielsweise durch übergroße Partikel lassen sich so vermeiden.

Die Entwicklung der Forscher aus Karlsruhe und Toronto zeichnet sich überdies durch eine beeindruckende Homogenität der leuchtenden Flächen aus. Die KIT-Forscher gehören zu den wenigen Teams auf der ganzen Welt, die über die entsprechende Herstellungsexpertise verfügen. „Mit den flüssigprozessierten Silizium-Leuchtdioden, welche potenziell ebenso großflächig wie kostengünstig herstellbar sind, betritt die Nanopartikel-Community wirkliches Neuland, deren Potenzial heute nur schwer abzuschätzen ist. Vermutlich aber müssen Lehrbücher über Halbleiterbauteile neu geschrieben werden“, sagt Geoffrey A. Ozin, der derzeit auch als KIT Distinguished Research Fellow am Center for Functional Nanostructures (CFN) des KIT tätig ist.

Ein weiterer Vorteil der SiLEDs ist, dass sie ohne Schwermetalle auskommen. Anders als das von anderen Forschergruppen eingesetzte Cadmiumselenid oder auch Cadmiumsulfid oder Bleisulfid ist Silizium als Ausgangsmaterial für lichtemittiernde Nanopartikel nicht toxisch. Silizium ist außerdem kostengünstig und auf der Erde reichlich verfügbar. Aufgrund der vielen Vorzüge werden die Forscher die SiLEDs in Zusammenarbeit mit weiteren Partnern weiterentwickeln.

Florian Maier-Flaig, Julia Rinck, Moritz Stephan, Tobias Bocksrocker, Michael Bruns, Christian Ku¨bel, Annie K. Powell, Geo?rey A. Ozin, and Uli Lemmer: Multicolor Silicon Light-Emitting Diodes (SiLEDs). In: Nano Letters. DOI: 10.1021/nl3038689

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Weiterer Kontakt:

Kosta Schinarakis
PKM – Themenscout
Tel.: +49 721 608 41956
Fax: +49 721 608 43658
E-Mail:schinarakis@kit.edu

Kosta Schinarakis | KIT
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon
21.02.2018 | Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.

nachricht Wie verbessert man die Nahtqualität lasergeschweißter Textilien?
20.02.2018 | Hohenstein Institute

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von Hefe für Demenzerkrankungen lernen

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Sektorenkopplung: Die Energiesysteme wachsen zusammen

22.02.2018 | Seminare Workshops

Die Entschlüsselung der Struktur des Huntingtin Proteins

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics