Physik-Nobelpreis
Es werde Licht!
LED-Leuchten im Alltag. Bild: Nobel Foundation
LEDs brauchen wenig Strom und halten lange. Seit Forscher blaue Dioden erfunden haben, geben sie auch weißes Licht ab. Für ihre Forschung an den revolutionären Leuchtmitteln erhalten die gebürtigen Japaner Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura jetzt den Nobelpreis für Physik
Sie bringen Handys, Ampeln und Taschenlampen zum Leuchten: Aus dem Alltag sind Leuchtdioden – kurz LEDs - nicht mehr wegzudenken. Bereits seit einem halben Jahrhundert gibt es Dioden, die rotes und grünes Licht erzeugen. In den frühen 90er Jahren entwickelten Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura schließlich Dioden, die blaues Licht abgeben. Erst wenn die drei Farben vereint werden, wird das Licht weiß.
Da die drei Wissenschaftler mit ihrer Forschung ein effizientes und langlebiges Leuchtmittel alltagstauglich machten, erhalten sie den diesjährigen Nobelpreis für Physik. „Erst seit der Entwicklung blauer Dioden bilden LEDs eine vollwertige Alternative zu anderen Leuchtmitteln“, betont Silke Christiansen, die das Institut Nanoarchitekturen für die Energieumwandlung am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie leitet.
Die Erfindung von LEDs ist ein Meilenstein in der Geschichte der Leuchtmittel. So beträgt die Lichtausbeute einer LED-Leuchte derzeit bis zu 300 Lumen pro Watt, was etwa die Leistung von 19 Glühbirnen bzw. 4 Leuchtstofflampen entspricht. Zudem sind LEDs mit Nutzung von bis zu 100.000 Stunden deutlich langlebiger als ihre Vorgänger. Vor allem Länder mit einem schlecht ausgebauten Stromnetz profitieren von den LEDs, die dank des geringen Energiebedarfs oft mit Solarmodulen und Akkus betrieben werden.
LEDs bestehen aus verschiedenen Schichten mit unterschiedlichem Elektronengehalt. Die p-Schicht hat einen Mangel an Elektronen, die n-Schicht hat dagegen einen Elektronenüberschuss. Zwischen diesen beiden Schichten liegt die sogenannte aktive Schicht. Wenn bei angelegter Spannung die überschüssigen Elektronen der n-Schicht in die p-Schicht wandern, werden Photonen erzeugt: Licht entsteht. Welche Farbe dieses Licht hat, hängt von der Wellenlänge der Photonen ab und das ist wiederrum abhängig von dem verwendeten Schichtmaterial. Lange Zeit gelang es nicht, ein Material herzustellen, dass kurzwelliges und damit blaues Licht produziert. Den entscheidenen Druchbruch erreichten Akasaki, Amano und Nakamura mit der Konstruktion einer p-Schicht aus Galliumnitrid.
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