Prof. Bernd Witzigmann von der Uni Kassel entwickelt die Super-Diode

Prof. Bernd Witzigmann von der Uni Kassel entwickelt die Super-Diode

Leuchtdioden: Den Einsatz von Leuchtdioden untersuchen Wissenschaftler auf ihre vielfältigen Funktionen. In Kassel wird an einer Super-Diode geforscht.

Kassel. Klimawandel und schwindende Rohstoffe zwingen die Industrienationen beim Energieverbrauch zu sparen. Da bietet das künstliche Licht ein hohes Potenzial. Momentan verbrauche Europa für die Beleuchtung seiner Städte und Straßen bis zu 25 Prozent der elektrischen Energie, sagt Dr. Bernd Witzigmann, Professor am Fachbereich Elektrotechnik der Uni Kassel.

Der viele Milliarden Euro schwere Markt für Beleuchtung ist deshalb weltweit in Bewegung. Energiesparlampen, die schon seit einiger Zeit die gute alte Glühbirne aus Büros und Wohnzimmern verdrängen, könnten ihrerseits bereits in einigen Jahren von neuartigen, extrem lichtstarken dreidimensionalen Leuchtdioden (LED) abgelöst werden, die nur einen Bruchteil der heutigen Dioden kosten.

Witzigmann und sein Forscherteam haben einen wichtigen Schlüssel dafür in der Hand, dass Europa diesen internationalen Forschungswettlauf gewinnt: Mit leistungsstarken Computern, Simulationsmodellen und der Nanotechnik sind sie der optimalen Architektur für Super-Dioden auf der Spur.

Die derzeit käuflichen Leuchtdioden strahlen schon jetzt bei gleichem Stromverbrauch bis zu zehnmal heller als Glühlampen und mehr als dreimal so hell wie Energiesparlampen. Witzigmann arbeitet mit daran, Dioden zu entwickeln, die preiswerter sind, noch mehr Licht erzeugen und dabei weniger Strom verbrauchen.

Heutige LEDs haben einen Nachteil: Sie sind als Wohnzimmer- oder Bürobeleuchtung viel zu teuer. Um die Lichtausbeute einer 60-Watt-Glühbirne zu erreichen, müsse man heute etwa 30 Euro für Leuchtdioden ausgeben, erläutert Prof. Witzigmann.

Das liege an den hohen Kosten für das Träger- und Halbleitermaterial der jetzigen LEDs und ihrer flachen Architektur. Die LED-Chips würden aus einem teuren Saphirsubstrat hergestellt, das mit dem ebenfalls kostspieligen Halbleitermaterial Galliumnitrid bedampft werde. Deshalb geht Witzigmann in Zusammenarbeit mit Industriepartnern und anderen Wissenschaftlern neue Wege: Er baut mit Rechenmodellen leuchtende „Hochhäuser“ in der für das menschlichen Auge unsichtbaren Nano-Welt (1 Nanometer = 1 Milliardstel Meter).

Auf sehr preiswerten Silizium-Substraten wachsen durch eine ausgeklügelte Herstellungstechnologie sechseckige kristalline Säulen von einem Durchmesser von etwa 100 Nanometern bis zu 3000 Nanometer in die Höhe, die auf dem gleichen Raum wie jetzige LED-Chips über eine viel größere, kompakte Licht abstrahlende Fläche verfügen. Solche Dioden strahlen mehrfach heller als die heute bekannten.

Der Wissenschaftler hofft, dass schon in fünf Jahren die Super-Diode auf den Markt kommt. Foto: Dilling

Von Peter Dilling

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