Helle LEDs sind künftig einfacher herzustellen
Wissenschaftler aus Princeton und der NC State wandeln energiearmes Licht deutlich effizienter um
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Forscher im Labor: LEDs leuchten künftig noch effizienter (Foto: Bumper DeJesus, princeton.edu) |
Princeton/Raleigh (pte021/08.01.2026/13:50)
Eine neue Technik von Forschern der Princeton und der North Carolina State University wandelt energiearmes Licht deutlich effizienter als bisher in eine energiereichere Version um. Die Methode hat unmittelbare Anwendungen in der Beleuchtungs- und Display-Technik und ist in "Nature Photonics" eingehend beschrieben.
"Triplet-Fusion Upconversion"
Ausgangspunkt ist die "Triplet-Fusion Upconversion". Dabei werden Moleküle kombiniert, um energieärmeres Licht - etwa grünes Licht - zu sammeln und in eine energiereichere Form wie blaues oder UV-Licht umzuwandeln. Die Moleküle absorbieren einfallende Lichtenergie und speichern sie vorübergehend, indem sie Elektronen in höher liegende Orbitalzustände heben.
Die angeregten Moleküle stoßen anschließend zusammen und setzen die gespeicherte Energie in Form von energiereicherem Licht frei. Upconversion funktioniert bereits gut in Flüssigkeiten, da sich die Moleküle ständig bewegen und so miteinander interagieren können, um die Lichtenergie zu erhöhen. In Festkörpern sind Anregungen nur eingeschränkt möglich.
Plasmonik-Methode hat Erfolg
Die Forscher nutzen in ihrem neuen Projekt die sogenannte Plasmonik, um die Upconversion auf einem dünnen Metallfilm zu verstärken. Plasmonik beschreibt die Wechselwirkung von Elektronen an der Metalloberfläche mit elektromagnetischen Wellen wie sichtbarem Licht. Einige Materialien besitzen Elektronen, die nicht fest an einzelne Atome gebunden sind.
Stattdessen existieren sie als freie Elektronen im Metall. Trifft das Licht auf diese freien Elektronen, so die Wissenschaftler weiter, wird eine Schwingung ausgelöst, die die Energie des Lichts mit der Bewegung der Elektronen koppelt. Diese Schwingungen, sogenannte Plasmonen, bündeln das Licht und verstärken das elektromagnetische Feld, heißt es.
Die Experten nutzen einen Silberfilm, um durch entsprechende Bestrahlung mit energiearmem Licht Oberflächenplasmonen zu erzeugen. Während sich diese Plasmonen über den Silberfilm ausbreiten, erhöhen sie die Lichtabsorption der Upconversion-Moleküle um etwa das Zehnfache im Vergleich zu früheren Aufbauten, unterstreichen die Wissenschaftler.
Verbesserung um den Faktor 19
Den Forschern nach hat die erhöhte Absorption es dem System ermöglicht, die Konzentration der lichtabsorbierenden Moleküle zu steigern, wodurch die zur Auslösung der Upconversion benötigte Lichtintensität drastisch reduziert wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die benötigte Leistung im Vergleich zu einem nicht-plasmonischen System um den Faktor 19 gesenkt wurde.
Dazu bauten sie eine organische Leuchtdiode (OLED), ein Gerät, das häufig in tragbaren Displays eingesetzt wird, um die Methode zu testen und ihre Praxistauglichkeit zu zeigen. Das Team nutzte den plasmonischen Film zur Erzeugung von blauem Licht und kombinierte dieses mit grünem und rotem Licht einer bestehenden OLED, um weißes Licht zu erzeugen.
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