Hocheffiziente cadmiumfreie Quantenpunkte für QD-LEDs und Solarzellen

© Fotograf: Till Budde

Quantenpunkte leuchten in äußerst brillanten Farben.

Quantum Dots (QD) und Quantum Rods (QR) sind eine Klasse von Nanomaterialien, die aufgrund von Quanteneffekten Licht emittieren können und sich somit zur effizienten Erzeugung äußerst brillanter Farben nutzen lassen. Ihre Absorptions- und Emissionseigenschaften können in einzigartiger Weise über die Partikelgröße oder -form eingestellt werden. Mit der Modifikation der Oberfläche der Partikel erfolgt die gezielte Anpassung an die chemische Umgebung. Diese Materialien können so hergestellt werden, dass Sie sowohl im sichtbaren als auch der infraroten Spektralbereich emittieren. Diese außergewöhnlichen Eigenschaften ermöglichen den Einsatz in verschiedensten Anwendungsbereichen, etwa als Leuchtstoffe in der Displaytechnologie, für die Konversion von Licht zu höheren Wellenlängen in der Photovoltaik, als Sensormaterialien oder als Sicherheitsmerkmal auf Banknoten.

Bisher enthielten QDs jedoch das giftige Schwermetall Cadmium. Am Fraunhofer IAP werden daher cadmiumfreie QDs synthetisiert, die genauso leistungsfähig wie die Cd-haltigen QDs sind und u.a. auch hohe Quantenausbeuten erreichen. Sie basieren z. B. auf umweltfreundlichem Indiumphosphid oder Zinksulfid und können als fluoreszierendes Material für LEDs, als Emittermaterial in QD-LEDs, als Colorfilter in Displays und für die LED-Hinterleuchtung von LCDs eingesetzt werden. Infrarot-aktive QDs auf Basis von Kupferindiumphosphid können zudem als Solarkonzentratoren für die Effizienzsteigerung in Solarzellen bereitgestellt werden.

Mit Hilfe von Durchflussreaktoren, die kontinuierlich arbeiten, können bis zu einigen Gramm QDs pro Stunde hergestellt werden. Diese können dann durch Tintenformulierungen im Inkjet-Verfahren auf feste und flexible Trägermaterialien gedruckt werden. Hierzu stehen am Fraunhofer IAP sowohl eine »Druckerfarm« als auch eine Pilotanlage zur Herstellung von QD-LEDs und Solarzellen zur Verfügung.