Homepage: Das Ende der Glühbirne

Man sieht ihr nicht an, dass sie Strom verschwendet. Sie hängt unter der Decke, leuchtet unschuldig helles Weiß in den Raum. Und niemand merkt, dass nur zehn Prozent der Energie, die durch die Glühbirne wandert, auch zu Licht wird. Die Birne muss heiß werden, um zu strahlen. „Und dabei geht viel Energie verloren", erklärt Professor Dieter Neher vom Institut für Physik an der Universität Potsdam. Leuchtstoffröhren, wie sie in seinem Büro unter der Decke hängen, sind keine wirkliche Alternative. Sie erzeugen zwar weniger Wärme und arbeiten mit 60 Prozent elektrischer Leuchtleistung effizienter. Aber sie lassen sich wegen ihrer starren Form nur sehr einseitig anwenden.

Also wird an Lichtmachern für Deckenbeleuchtung, Ampeln, Computerdisplays, Leuchtanzeigen, Infrarotlicht oder optische Nachrichtenübertragung geforscht, die effizient sind und dazu großflächig und flexibel einsetzbar. Schon 1990 haben Forscher an der Universität Cambridge herausgefunden, dass sich bestimmte Polymere (synthetisch hergestellte Kunststoffe) auch als Material für Leuchtdioden eignen. Wie bei Glühbirne und Leuchtstoffröhre funktioniert auch hier nichts ohne Strom. Doch mit dem entscheidenden Unterschied, dass Polymer-Dioden „kalte Verströmer“ von Lichtstrahlen sind, also keine Energie durch Wärme verloren geht. Trotzdem gab es bisher Mängel: Auch bei den neuen Dioden ging Energie verloren und sie strahlten relativ schwaches Licht aus.

Nun sind Neher und sein Forschungsteam in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Köln einen entscheidenden Schritt dabei vorangekommen, diese Mängel aus dem Weg zu räumen: Sie haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich aus kohlenstoffbasierten, organischen Polymer-Dioden deutlich mehr Licht erzeugen und dazu noch die Energieausschöpfung verbessern lässt.

Neher zeichnet eine Pyramide aus Querbalken auf eine Blatt Papier. Eine Glasscheibe mit mehreren Schichten darauf, erklärt er. Gewöhnlich werden bei einer organischen Leuchtdiode von oben negative Elektroden und von unten positive „Löcher“ in die Polymerschicht „injiziert“. Kommen Positiv und Negativ zusammen, fällt das Elektron in das Loch und Licht wird erzeugt. Im Idealfall. In der Realität aber sausen die Löcher oft an den Minuselektroden vorbei und die Trefferquote ist eher Zufall. Hier setzt nun die Arbeit der Forscher aus Potsdam und Köln an. Den beiden Gruppen ist es gelungen, die Trefferquote enorm zu erhöhen und organische Leuchtdioden mit „Weltrekordeffizienzen“ zu bauen. Und zwar mit zwei Polymerschichten, die spezielle elektrische Eigenschaften haben: Die eine transportiert Löcher, in der anderen wird Licht erzeugt. Durch ihre optimale Kombination finden jetzt weit mehr Positiv- und Negativelektroden zusammen. Mehr Licht entsteht – und es kommt zu weniger Energieverlust.

Tage und Nächte hat der Wissenschaftler Xiaohui Yang aus dem Potsdamer Team im Labor gestanden, um die Dioden richtig zusammenzusetzen. In einer luftdicht abgeschlossenen Vitrine mit Handschuhöffnung – geschützt von Sauerstoff und Wasser, auf die die Dioden empfindlich reagieren – hat er Polymere in Lösungsmitteln aufgelöst und mit einer sich schnell drehenden Lackschleuder einen gleichmäßigen 100 Nanometer dicken Polymerfilm auf ein Glassubstrat aufgetragen. Eine dünne Metallschicht darauf – und das Testobjekt ist fertig. Mit dieser rosa leuchtenden, mehrere Millimeter großen Diode hat Yang experimentiert. Er hat die elektrischen Eigenschaften überprüft und getestet, wie viel Licht aus der Diode strahlt.

Den ersten Teil des vom Bundeswissenschaftsministerium geförderten Projekts haben die Forscher nun erledigt. Doch fertig sind sie mit ihrer Arbeit noch lange nicht. Es ist noch einiges zu verbessern an der neuen Leuchtquelle. Zum Beispiel die Sache mit der Farbe: Bisher hat das Forschungsteam nur hocheffizientes Grün erzeugt. Um aber das für die Anwendung viel interessantere weiße Licht zu produzieren, braucht man Dioden, die auch blaues und rotes Licht aussenden. Rot, Blau und Grün ergibt Weiß. In einem Anschlussprojekt wird weiter geforscht, die Kosten übernimmt das Bundesministerium und Firmen aus der Industrie.

In fünf Jahre könnten Polymer-Dioden in den Verkaufsregalen stehen, schätzt Neher. Zunächst neben den Glühbirnen. Denn bis die ganz ersetzt sind, wird noch einige Zeit vergehen.