19.11.2018

Photovoltaik-Anlage

Photovoltaik-Anlagen können nur einen bestimmten Teil des Sonnenlichts in Strom umwandeln. Photolumineszente Stoffe können die Effizienz von Solarzellen steigern. Die BAM liefert dafür wichtiges Grundlagenwissen.

Quelle: Fotolia.de/VioNet

Bestimmte Stoffe können Licht aufnehmen und später wieder abgeben – sie werden als selbststrahlend oder photolumineszent bezeichnet. Heutige optische Technologien basieren zunehmend auf diesen Materialen, die dabei helfen Lichterzeugung effizienter zu machen. Mit optimierten photolumineszenten Materialien kann der Energieverbrauch unserer Geräte gesenkt und die Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien gesteigert werden, womit ein Beitrag zur Energiewende und nachhaltiger Technologieentwicklung geleistet wird.

Lumineszente Materialen mit hoher technologischer Relevanz

In der Photovoltaik werden zum Beispiel spezielle photolumineszente Beschichtungen erprobt, um die Effizienz von Solarzellen zu steigern. Sie absorbieren blaues und UV-Licht, das die meisten Solarzellen nur sehr ineffizient in Strom umwandeln, und konvertieren es in einen Spektralbereich, den die Solarzelle besser nutzen kann. Für Displaytechnologien werden unter anderem sogenannte Quantenpunkte untersucht, die den Energieverbrauch der Geräte reduzieren und die Farbbrillanz erhöhen können. Weitere Applikationen liegen im Bereich der Lichtkonversion, z.B. bei der gezielten Änderung der Farbe des Emissionslichtes für die Beleuchtungstechnik oder für Sicherheitskodierungen. Für medizinische Anwendungen wird erprobt wie effiziente Nanoteilchen gestaltet werden müssen z. B. für eine schonendere optische Bildgebung und die Realisierung von größeren Eindringtiefen im Gewebe.

Untersuchung von Nanomaterialen 

Die BAM testet in diesen unterschiedlichen Anwendungsbereichen verschiedenste Materialen mit linearen sowie nichtlinearen optischen Eigenschaften und liefert wichtiges Grundlagenwissen. Um z. B. die physikalischen Prozesse innerhalb der Materialen zu verstehen und zu optimieren, untersuchen die Forscherinnen und Forscher der BAM nicht nur die makroskopischen Eigenschaften, sondern schauen bis ins einzelne Nanoteilchen.

Effizienz messen und Referenzmaterialen entwickeln

Die Effizienz, mit der ein Stoff Licht aufnehmen und wieder abgeben kann, bezeichnet man als Photolumineszenz-Quantenausbeute. Diese Messgröße ist eine Schlüsselgröße für alle emissiven Materialien und deren weitere technologische Entwicklung und Applikation. Aber wie lässt sich diese Effizienz bestimmen? Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der BAM entwickeln dafür Techniken sowie sogenannte Referenzmaterialien mit bekannter Photolumineszenz-Quantenausbeute. Diese sogenannten Quantenausbeute-Standards können z. B. von Herstellern verschiedenster molekularer und nanoskaliger Emitter und Leuchtstoffe dann zur Charakterisierung ihrer Produkte verwendet werden, indem ihre Photolumineszenzeffizienz mit der der Referenzmaterialien der BAM direkt vergleichen wird. Damit können sie ihre Produkte rückführbar charakterisieren und sicherer machen. So leistet die BAM neben der Forschung einen wichtigen praktischen Beitrag zur Entwicklung neuer und effizienter optischer Technologien.