Lernen Sie die beste blaue LED aller Zeiten kennen

Energie

Redaktion der Website für technologische Innovationen – 31. Juli 2025

Hybride Kupfer-Iodid-Kristalle, die tiefblaues Licht emittieren. Mehrere konkurrierende Technologien konkurrieren, doch diese Hybrid-LED punktet in allen Punkten. [Bild: Kun Zhu/Jing Li Lab/Rutgers University]

Blaue LEDs

Blaue LEDs sieht man überall, aber das bedeutet nicht, dass sie so effizient oder umweltfreundlich sind, wie wir es gerne hätten.

Aus diesem Grund erregt eine Innovation von Kun Zhu und Kollegen an der Rutgers University in den USA Aufmerksamkeit. Sie mag zwar nicht die beste LED in bestimmten Kriterien sein, doch die Gesamtleistung ist bemerkenswert.

Zhu synthetisierte ein umweltfreundliches, sehr stabiles und ultrahelles Material, das tiefblaues Licht (450 nm Wellenlänge) erzeugen kann und so die Herstellung einer Leuchtdiode (LED) mit höherer Energieeffizienz als jedes derzeit erhältliche vergleichbare Material ermöglicht.

LEDs sind Leuchtmittel aus Halbleitern, die Strom effizient und dauerhaft in Licht umwandeln. Die blauen LEDs wurden Anfang der 1990er Jahre entdeckt und erhielten 2014 den Nobelpreis für Physik, da sie eine besondere Bedeutung haben: Sie sind für die Erzeugung von weißem Licht unerlässlich.

Das neue lichtemittierende Material besteht aus Kupfer- und Iodionen oder Kupferiodid (CuI).

„Tiefblaue LEDs bilden das Herzstück moderner energieeffizienter Beleuchtungstechnologien“, so Professor Jing Li. „Bestehende Optionen weisen jedoch aufgrund der Verwendung giftiger Komponenten häufig Probleme hinsichtlich Stabilität, Skalierbarkeit, Kosten, Effizienz oder Umweltverträglichkeit auf. Dieser neue Kupfer-Iodid-Hybrid bietet eine überzeugende Lösung und profitiert von seiner Ungiftigkeit, Robustheit und hohen Leistung.“

Die Schnittstelle zwischen organischen und anorganischen Materialien war entscheidend für die Entwicklung der hocheffizienten blauen LED. [Bild: Kun Zhu et al. - 10.1038/s41586-025-09257-8]

Hybride blaue LED

Dem Team gelang es, die blaue LED-Technologie deutlich zu verbessern, indem es einen Weg fand, sie effizienter und nachhaltiger zu machen. Dazu synthetisierten sie ein Hybridmaterial: eine Kombination aus Kupferiodid und organischen Molekülen.

Das Hybridmaterial weist eine sehr hohe Photolumineszenz-Quantenausbeute von etwa 99,6 % auf, d. h. es wandelt nahezu die gesamte einfallende Energie in blaues Licht um. Blaue LEDs, die mit diesem Material hergestellt wurden, erreichten eine maximale externe Quanteneffizienz (das Verhältnis von emittierten Photonen zu injizierten Elektronen) von 12,6 % – eine der höchsten, die jemals für tiefblaue LEDs erreicht wurde.

Und diese LEDs sind nicht nur hell, sondern halten auch länger als viele andere. Unter normalen Bedingungen beträgt ihre Halbwertszeit etwa 204 Stunden, d. h. sie können lange leuchten, bevor ihre Helligkeit nachlässt. Darüber hinaus eignet sich das Material gut für großflächige Anwendungen und hat Potenzial für den Einsatz in der Praxis.

„Unsere Verarbeitungsmethode minimiert Defekte, die die Bewegung elektrischer Ladungen an der Schnittstelle dieser Hybridmaterialien behindern können“, sagte Zhu. „Dieser Ansatz könnte eine vielseitige Strategie zur Herstellung von Hochleistungs-LEDs sein.“

Wettbewerb

Der neue Kupfer-Iodid-Hybridhalbleiter bietet gegenüber anderen in LEDs verwendeten Materialien eine Reihe von Vorteilen.

Bleihalogenid-Perowskite sind zwar wirtschaftlich, enthalten jedoch Blei, das giftig ist und aufgrund seiner Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff Stabilitätsprobleme aufweist.

Rein organische LEDs (OLEDs) sind flexibel und potenziell effizient, es kann ihnen jedoch an struktureller und spektraler Stabilität mangeln, was bedeutet, dass sie sich schnell verschlechtern und mit der Zeit an Farbqualität verlieren können.

Kolloidale Quantenpunkte sind besonders in grünen und energiesparenden LEDs leistungsfähig, basieren jedoch typischerweise auf Cadmium, was Bedenken hinsichtlich der Toxizität aufwerfen kann. Organische phosphoreszierende Emitter können teuer und komplex in der Synthese sein.

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