Seltene Erden Wie lassen sich Seltene Erden in LEDs reduzieren?

Um den Blaustich von LED-Lampen zu reduzieren, setzen Hersteller Konversionsfarbstoffe mit hohen Anteilen an Seltenen Erden ein. Zusammen mit den Industriepartnern Osram, Osram Opto Semiconductors und BASF wollen saarländische Chemiker den Anteil Seltener Erden in LEDs verringern.

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Saarbrücken – Damit LEDs Tageslicht ähnliches Weißlicht emittieren, verwenden Hersteller so genannte Konversionsfarbstoffe. Diese enthalten jedoch einen hohen Anteil an Seltenen Erden. Diese Metalle, zum Beispiel Yttrium und Lutetium, werden nur in wenigen Ländern abgebaut. Diese Staaten nutzen mitunter ihre Monopolstellung und legen die Preise nach Belieben fest. Die Elektronikindustrie sucht daher nach Wegen, den Anteil der Seltenen Erden zu reduzieren, auch in LED-Lampen.

Unterstützung kommt nun aus der Wissenschaft: Professor Guido Kickelbick und sein Team am Lehrstuhl für Anorganische Festkörperchemie an der Universität des Saarlandes versuchen 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.

Neue LEDs sollen effizienter und langlebiger werden

Die Weißlicht-LEDs, die am Ende des Forschungsprojekts herauskommen sollen, werden sich im Vergleich zur heutigen Technologie deutlich verändert haben. Bis zu 70 Prozent 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. So sieht es auch der Industriepartner BASF: „Organische Fluoreszenzfarbstoffe können eine sehr effiziente Alternative zu anorganischen Phosphoren und Quantendots sein. Ihr besonderer Vorteil liegt vor allem in der signifikant höheren massenspezifischen Absorptivität im Vergleich zu den anorganischen Phosphoren, d.h. um eine bestimmte Absorption des blauen LED-Lichts zu erreichen, werden wesentlich geringere Farbstoffkonzentrationen im Vergleich zu anorganischen Phosphoren benötigt“, erklärt Christian Böhme, BASF Corporate Media Relations. „Ziel der BASF-Arbeiten ist die Erforschung von organischen Konversionsleuchtstoffen, welche die vorhandenen Anforderungen der Allgemeinbeleuchtung bezüglich Farbe, Effizienz, Zuverlässigkeit und Lebensdauer erfüllen“

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, Osram Opto Semiconductors und BASF beteiligt. Von insgesamt 1,9 Millionen Euro, die während der Laufzeit von 2016 bis 2019 vom BMBF bereitgestellt werden, fließen 460 000 Euro ins Saarland.

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