Das präzise Leuchten – LED aus Nanokristallen

Welche Farbe eine LED besitzt, lässt sich unter anderem über die Größe ihrer Halbleiter-Kristalle einstellen. Wie das auf den Nanometer genau preisgünstig und industrietauglich möglich ist, zeigt ein Forscherteam aus München und Linz.

Anders als die gute alte Glühbirne strahlen Leuchtdioden (LEDs) in definierten Farben von Infrarot bis Ultraviolett. Die genaue Wellenlänge ist dabei abhängig von der Art des Halbleitermaterials, dem Kernstück der LEDs. Bei einigen Materialien lässt sich die Farbe zusätzlich über die Größe der Halbleiter-Kristalle einstellen. Liegt diese nämlich im Bereich weniger Nanometer, kommen Quanteneffekte zum Tragen.

Wissenschaftler der LMU haben jetzt mit Kollegen von der Universität Linz eine Methode entwickelt, mit der sie aus dem preiswerten Mineraloxid Perowskit halbleitende Nanokristalle einer definierten Größe herstellen können. Die Kristalle sind dabei sehr stabil, so dass die LEDs eine hohe Farbtreue besitzen – ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Zudem lässt sich der Halbleiter bestens in Druckverfahren einsetzen wie beispielsweise bei der Herstellung von LEDs für Displays.

Entscheidend für die Methode der Wissenschaftler ist eine wenige Nanometer dünne Schicht mit waffelartiger Struktur. Die Mulden erinnern an winzige Reaktionstöpfe und ihre Form und ihr Volumen bestimmen die endgültige Größe der wachsenden Nanokristalle. Bestimmen konnten LMU-Forscher Dr. Bert Nickel vom Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich (NIM) und sein Team die Kristallgröße am besten mit feiner hochenergetischer Röntgenstrahlung am Deutschen Elektronen-Synchrotron in Hamburg.

Die Dünnschichten werden über ein preiswertes elektrochemisches Verfahren hergestellt und sind praktischerweise direkt Bestandteil der späteren LEDs. Die nanostrukturierten Oxidschichten haben dabei den zusätzlichen Effekt, die Halbleiterkristalle vor Umwelteinflüssen wie Sauerstoff und Wasser zu schützen und erhöhen so die Lebensdauer, so Dr. Martin Kaltenbrunner von der Universität Linz. Im nächsten Schritt wird versucht, die Effizienz der Dioden weiter zu steigern sowie neue Anwendungsbereiche wie zum Beispiel in flexiblen Displays zu erschließen.

Originalveröffentlichung: S. Demchyshyn, J. Roemer, H. Groiss, H. Heilbrunner, C. Ulbricht, D. Apaydin, A. Böhm, U. Ruett, F. Bertram, G. Hesser, M. Scharber, N.Serdar Sariciftci, B. Nickel, S. Bauer, E. D. Głowacki, M. Kaltenbrunner; Confining Metal-Halide Perovskites in Nanoporous Thin Films; Science Advances online; 2017

https://www.uni-muenchen.de/