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Dotierte Gläser: Nachwuchspreis geht an Forscher des Fraunhofer Anwendungszentrums Soest

11.04.2014 - (idw) Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Sebastian Loos von der Fachhochschule Südwestfalen erhält für seine Masterarbeit zum Thema Bariumborat-Gläser den Green Photonics Nachwuchspreis. Die Verleihung fand am Montag im Beisein des Präsidenten der Fraunhofer-Gesellschaft, Professor Raimund Neugebauer, im Rahmen der Hannover Messe statt. Vor allem in großflächigen Beleuchtungssystemen ist der Siegeszug der weißen Leuchtdioden (W-LEDs) ungebremst. In konventionellen W-LEDs befindet sich der Leuchtstoff in unmittelbarer Nähe zum Chip, wo er hohen Temperaturen von über 100 °C ausgesetzt ist. Nur wenige Systeme sind diesen Belastungen auf Dauer gewachsen. Durch die hohen Temperaturen ändert das Einbettungsmaterial, in den meisten Fällen ein Polymerharz, seine Transparenz und Farbeigenschaften. Die Folge ist im besten Fall ein unerwünschter Farbeindruck der LED.

Sebastian Loos untersuchte in seiner Masterarbeit gemeinsam mit Forschern des Fraunhofer-Anwendungszentrums für Anorganische Leuchtstoffe in Soest das Potential von Bariumborat-Gläsern als Verkapselungsmaterial in W-LEDs. »Aufgrund ihrer hohen thermischen und chemischen Stabilität sind Bariumborat-Gläser als Einbettungsmaterial geeignete Kandidaten«, sagt Loos. Für die W-LED Anwendungen wurden die Gläser mit den Seltenen Erden Samarium (Sm3+) und Terbium (Tb3+) dotiert. Beide absorbieren im ultravioletten und blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums und weisen deutliche Emissionsbanden im roten (Sm3+) und grünen (Tb3+) Spektralbereich auf. Loos zeigte, dass es durch Doppeldotierung der Selten Erden Sm3+ und Tb3+ und der Anregung im ultravioletten bis blauen Spektralbereich möglich ist, Weißlicht zu erzeugen. Vorrausetzung dafür war eine hohe Quanteneffizienz der leuchtenden Seltenen Erdmetallionen.

»Mit Seltenen Erden dotierte Gläser bieten aber nicht nur in der Beleuchtung viele Vorteile, sondern auch in der Photovoltaik«, sagt Loos. Handelsübliche Solarzellen nutzen lediglich etwa 20 % der Sonneneinstrahlung für die Stromerzeugung. Licht aus dem ultravioletten und blauen Spektralbereich bleibt bei einigen Zellkonzepten ungenutzt. Um diesem Problem entgegenzuwirken, arbeitet Loos mit seinen Kollegen in Soest daran, die Effizienz der Solarzelle durch lumineszierende Deckgläser zu steigern. Diese konvertieren das Licht aus dem ultravioletten und blauen Spektralbereich in den für die Solarzelle nutzbaren sichtbaren Bereich. Da Bariumborat-Gläser außerdem transparent, stabil und kostengünstig sind, eignen sie sich als Deckglas gut.

Fraunhofer-Anwendungszentrum für Anorganische Leuchtstoffe

Das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Anorganische Leuchtstoffe arbeitet an der Charakterisierung und Entwicklung von Leuchtstoffen und Leuchtstoffsystemen. Zusammen mit Partnern und Auftraggebern aus Industrie, Forschung und Entwicklung forscht es auf den Gebieten der Leuchtstoffeffizienz, Zuverlässigkeit und Farbstabilität. Im Fokus stehen dabei umfassende optische und spektroskopische Analysen, thermische und mikrostrukturelle Charakterisierungen sowie Untersuchungen zur Langzeitstabilität von Leuchtdioden und Beleuchtungselementen.

Green Photonics Nachwuchspreis

Der Nachwuchspreis Green Photonics wird von der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung e.V. und ihrem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF ausgelobt. Die Auslobung erfolgt im Rahmen des Fraunhofer-Innovationsclusters »Green Photonics« mit finanzieller Unterstützung der Robert Bosch GmbH und der VDI Technologiezentrum GmbH als Einrichtung des Vereins Deutscher Ingenieure.

Fraunhofer IWM Werkstoffe intelligent nutzen

- Wir machen Mechanismen und Prozesse in Werkstoffen und Materialsystemen beherrschbar, indem wir sie bewerten und modellhaft beschreiben. Dadurch erschließen wir Reserven bei der Leistungsfähigkeit und Effizienz von technischen Systemen.
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