Quantenpunkten

Quantenpunkte sind nanometergroße Halbleiterkristalle, die in drei Raumdimensionen stark eingeschlossen sind. Diese Größenbeschränkung führt zu diskreten Energieniveaus und zu einer größenabhängigen Bandlücke, was die optischen Eigenschaften der Teilchen stark beeinflusst. Typischerweise liegen Quantenpunkte im Größenbereich von etwa 2 bis 10 Nanometern. Durch Variation der Größe und der Materialzusammensetzung lässt sich das Emissions- bzw. Absorptionsspektrum gezielt steuern, häufig im sichtbaren bis nahen Infrarotbereich.

Typische Strukturen sind Kern/Hülle (core/shell) Systeme wie CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe oder InP/ZnS, wobei die äußere Hülle die Oberflächenzustände passiviert und die Leuchtquantenausbeute erhöht. Die Herstellung erfolgt chemisch, oft als Hot-Injection-Verfahren; Oberflächenliganden sorgen für Stabilität, Löslichkeit und Kopplung an Umgebungen (Lösungsmittel, Biomaterialien).

Eigenschaften und Anwendungen: Die Fluoreszenz von Quantenpunkten ist hochrein und sehr farbtreu; Farbton und Effizienz hängen von Größe, Form und Kern/Hülle-Design ab. Anwendungen umfassen Display-Technologie (QD-Displays), LEDs, Solarzellen, Bioimaging und Sensorik. Herausforderungen sind Blinken (photoluminescence intermittency) und Strukturstabilität; Passivierung und Hüllenentwicklung verbessern die Leistung.

Sicherheits- und Umweltaspekte: Viele kommerziell verwendete Quantenpunkte verwenden Cadmium, was Gesundheits- und Umweltbedenken aufwirft und zu regulatorischen Beschränkungen führt. Forschung und Industrie arbeiten an cadmiumfreien Alternativen wie Indiumphosphid (InP)-basierte QDs, Zinkselenid (ZnSe), Kohlenstoff-Quantenpunkten oder Perowskit-Quantumdots, die teils geringere Leitfähigkeit, aber verbesserte Stabilität bieten.