Weniger Seltene Erden erforderlich?

Organische Konversionsmaterialien in LEDS

Um von Seltenen Erden weniger abhängig zu sein, versuchen saarländische Chemiker um Professor Guido Kickelbick gemeinsam mit den Industriepartnern Osram, Osram Opto Semiconductors und BASF, den Anteil Seltener Erden in LEDs zu verringern.

Handelsübliche LEDs kommen derzeit nicht ohne Seltene Erden aus (Foto: LABO/Wagner).

Licht von Leuchtdioden ist in der Regel blau. Für Beleuchtungszwecke wird es daher mittels sogenannter Konversionsfarbstoffe in Weiß geändert. In diesen ist eine hohe Konzentration Seltener Erden zu finden. Diese Metalle, zum Beispiel Yttrium und Lutetium, werden nur in wenigen Ländern, beispielsweise China, abgebaut. Diese Staaten nutzen ihre Monopolstellung und legen die Preise nach Belieben fest. Die Elektronikindustrie sucht daher nach Wegen, den Anteil der Seltenen Erden zu reduzieren, auch in den LED-Lampen. Daran arbeiten auch Forscher der Universität des Saarlandes.

Professor Guido Kickelbick und sein Team am Lehrstuhl für Anorganische Festkörperchemie versuchen als international anerkannte Experten auf dem Gebiet anorganisch-organischer Hybridmaterialien, die Stabilität der LEDs zu erhöhen. Dieses Ziel wollen sie erreichen, indem sie neue transparente Materialien entwickeln, in denen organische Farbstoffe eingeschlossen sind. Sie wollen den Trägern der Konversionsfarbstoffe, die keine oder zumindest signifikant weniger Seltene Erden als bisher beinhalten, also eine neue, stabile Struktur verleihen. „Die Stabilität von organischen Konversionsfarbstoffen unter den Bedingungen in einer LED ist wesentlich geringer als die von konventionellen selten-erd-reichen anorganischen Systemen“, so Professor Kickelbick. „Ziel des BMBF-geförderten Projektes ist es, eine neuartige Matrix für die organischen Farbstoffe zu entwickeln, welche ihre Stabilität wesentlich erhöht.“ Dadurch sollen die organischen Farbstoffe konkurrenzfähig zu den konventionellen Farbstoffen werden und damit der Gehalt an Seltenen Erden reduziert werden.

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Die Weißlicht-LEDs, die am Ende des Forschungsprojekts herauskommen sollen, werden sich im Vergleich zur heutigen Technologie deutlich verändert haben. Bis zu 70 % der Kosten für die Konversionsfarbstoffe sollen dank der Reduzierung der Seltenen Erden entfallen. Die Konverter, die das Licht umwandeln, sollen langfristig effizienter und langlebiger werden. Zudem macht sich die Industrie unabhängiger von der marktbeherrschenden Stellung der wenigen Staaten, die Seltene Erden abbauen.

An dem Projekt „Organische und Seltenerd-reduzierte Konversionsmaterialien für LED-basierte Beleuchtung (ORCA)“ ist die Universität des Saarlandes mit dem Lehrstuhl von Professor Kickelbick gemeinsam mit den Industriepartnern OSRAM GmbH, OSRAM Opto Semiconductors GmbH und BASF SE beteiligt. Von insgesamt 1,9 Millionen Euro, die während der Laufzeit von 2016 bis 2019 vom BMBF bereitgestellt werden, fließen 460000 Euro ins Saarland.

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