Emissionsquantumausbeute

Emissionsquantumausbeute bezeichnet das Verhältnis der Anzahl emittierter Photonen zur Anzahl absorbierter Photonen in einem photophysikalischen Prozess. Sie dient als Maßstab dafür, wie effizient Lichtabsorptionsprozesse in Photonenausstrahlung überführt werden. In der Praxis wird oft zwischen interner und externer Emissionsquantumausbeute unterschieden.

Für einfache Systeme mit nur radiativen und nichtradiativen Abbauwegen gilt: Φ_em = Anzahl emittierter Photonen / Anzahl absorbierter Photonen. In der idealisierten Situation eines einstelligen Abbaus mit Radiativ- und Nichtradiativwegen gilt Φ_int (innere Emissionsquantumausbeute) als Φ_int = k_r / (k_r + k_nr), wobei k_r der radiative und k_nr der nichtradiative Zerfallsrates sind. Die mittlere Lebensdauer τ ergibt sich zu τ = 1 / (k_r + k_nr), wodurch Φ_int auch als Φ_int = k_r τ ausgedrückt werden kann. Die externe Emissionsquantumausbeute Φ_ext berücksichtigt zusätzlich die Auskoppelkette, also den Anteil der emittierten Photonen, der tatsächlich das Material verlässt: Φ_ext = η_ext × Φ_int, wobei η_ext die Lichtauskoppelungseffizienz ist.

Messung und Bestimmung erfolgen typischerweise mittels Integrating-Sphere-Setups oder zeitauflösenden Spektroskopie-Methoden. Die externe Quantenausbeute wird oft relativ zu Referenzen gemessen, während die innere Quantenausbeute aus Lebensdauern und Emissionsspektren abgeleitet werden kann.

Faktoren, die die Emissionsquantumausbeute beeinflussen, umfassen innere Quenching-Prozesse (z. B. stochastische Nichtradiativwege), Aggregation, Umgebungseinflüsse, Temperatur, Sauerstoff, Lösungsmittel und Materialstruktur. Anwendungen finden sich in der Fluoreszenz- und Phosphoreszenzanalyse, in LEDs, Leuchtdioden und Solarzellen, wo hohe Emissionsquantumausbeuten wünschenswert sind.