Energieeffiziente und nachhaltige Beleuchtungstechnologien gewinnen zunehmend an Bedeutung. Eine neue Art von LEDs auf Basis von Perowskiten könnte dabei eine entscheidende Rolle spielen. Forschende der Universität Linköping haben in einer aktuellen Studie die Kosten, Umweltaspekte und das Vermarktungspotenzial dieser LEDs untersucht.
Ihr Fazit: Perowskit-LEDs sind günstiger herzustellen als herkömmliche LEDs und können leuchtstarke, intensive Farben erzeugen. Doch bevor sie die bestehenden Technologien ersetzen können, müssen einige Herausforderungen bewältigt werden.
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Was macht Perowskit-LEDs besonders?
„Perowskit-LEDs sind billiger und einfacher herzustellen als herkömmliche LEDs und können auch lebendige und intensive Farben erzeugen, wenn sie in Bildschirmen verwendet werden. Ich würde sagen, dass dies die nächste Generation der LED-Technologie ist“, erklärt Feng Gao, Professor für Optoelektronik an der Universität Linköping.
Der größte Vorteil der Perowskit-LEDs liegt in ihrer einfachen Herstellung. Während herkömmliche LEDs aus Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid oder Galliumnitrid bestehen, lassen sich Perowskite in flüssiger Form auf Oberflächen aufbringen. Dies ermöglicht eine kostengünstige Produktion bei geringem Energieaufwand.
| Was ist Perowskit? |
| Perowskite sind eine Klasse von Mineralien mit einer speziellen Kristallstruktur, die ihnen besondere optische und elektronische Eigenschaften verleiht. Sie bestehen meist aus einer Kombination von Metall-Kationen, Halogenen und Sauerstoff. Besonders interessant sind Perowskite für die Optoelektronik, da sie Licht effizient absorbieren und in Strom oder Leuchtkraft umwandeln können. In den letzten Jahren haben Forschende das Potenzial von Perowskiten für Solarzellen entdeckt. Nun könnten LEDs folgen. |
Umweltbilanz und Recycling-Potenzial
Technologische Leistungsfähigkeit allein reicht jedoch nicht aus, um einen Wechsel von aktuellen LEDs hin zu Perowskit-Alternativen zu bewirken. „Wenn ein Produkt eine hohe technische Leistung aufweist, aber teuer und nicht umweltverträglich ist, ist es auf dem Markt möglicherweise nicht sehr wettbewerbsfähig“, betont Muyi Zhang, Doktorand an der Universität Linköping.
Deshalb haben Forschende die Umwelt- und Kostenbilanz von 18 verschiedenen Perowskit-LEDs untersucht. Dabei spielte die Lebenszyklusanalyse eine zentrale Rolle. Diese Methode betrachtet den gesamten Lebenszyklus eines Produkts, von der Rohstoffgewinnung über die Herstellung und Nutzung bis zur Entsorgung.
Besonders problematisch ist dabei die Verwendung giftiger Stoffe wie Blei. „Wir möchten das Grab vermeiden. Und die Dinge werden noch komplizierter, wenn man das Recycling berücksichtigt. Aber hier zeigen wir, dass es am wichtigsten ist, über die Wiederverwendung organischer Lösungsmittel nachzudenken und darüber, wie Rohstoffe hergestellt werden, insbesondere wenn es sich um seltene Materialien handelt“, erklärt Olof Hjelm, einer der Mitforschenden.
Eine umweltfreundlichere Alternative wäre es, Edelmetalle wie Gold durch weniger problematische Stoffe wie Kupfer, Aluminium oder Nickel zu ersetzen. Gold wird häufig in LEDs verwendet, seine Gewinnung ist jedoch mit hohen Umweltbelastungen verbunden, da dabei Quecksilber und Zyanid freigesetzt werden.
Langlebigkeit als zentrale Herausforderung
Ein wesentlicher Punkt, der aktuell noch gegen einen breiten Einsatz von Perowskit-LEDs spricht, ist ihre Haltbarkeit. Während herkömmliche LEDs oft zehntausende Stunden durchhalten, erreichen die besten Perowskit-LEDs bislang nur wenige Hundert Stunden. Forschende gehen davon aus, dass mindestens 10.000 Stunden erforderlich sind, um eine nachhaltige Marktposition zu erreichen.
„Die Entwicklung von Perowskit-LEDs schreitet jedoch immer schneller voran und ihre Lebensdauer steigt“, so die Forschenden. Erste Fortschritte zeigen, dass durch chemische Anpassungen und verbesserte Herstellungsprozesse deutliche Verbesserungen erzielt werden könnten.
Marktchancen und Zukunftsperspektiven
Die Analyse zeigt, dass Perowskit-LEDs langfristig ein hohes Potenzial besitzen, um herkömmliche LEDs zu ersetzen. Niedrige Produktionskosten und eine gute Umweltbilanz sprechen für diese Technologie. Allerdings müssen sowohl Materialauswahl als auch Haltbarkeit weiter optimiert werden, bevor ein breiter Markteintritt realistisch ist.
Die Forschung konzentriert sich nun darauf, langlebigere Materialien zu finden und den Recycling-Prozess effizienter zu gestalten. Sollten diese Hürden gemeistert werden, könnten Perowskit-LEDs eine kostengünstige und umweltfreundliche Alternative in der Beleuchtungs- und Display-Technologie werden.
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