Neue UV-LEDs sind marktreif

Eine neue Generation von UV-LEDs kann Viren und Bakterien inaktivieren, Wasser und Oberflächen desinfizieren. Doch vor ihrer Zulassung, müssen sie standardisiert und zertifiziert werden. Das „Advanced UV for Life“-Bündnis treibt diese Aufgabe voran.

Flächenstrahler macht MRSA-Erreger unschädlich

Dieser Flächenstrahler macht MRSA-Erreger unschädlich. Das Bestrahlungsmodul mit 120 UCV-LEDs wird für medizinische Haut-Tests von der Charité Berlin und der Universitätsmedizin Greifswald genutzt.

FBH/P. Immerz

Das Sonnenlicht ist in gewissen Maßen lebensnotwendig für uns Menschen. In höherer Dosierung finden sich aber auch allerhand anderer Verwendungszwecke für den kurzwelligen Anteil des Lichts. Allerdings dringen die ultravioletten Strahlen der Sonne unterschiedlich weit bis zur Erde vor. Das ist von ihren Wellenlängen abhängig. Strahlen mit einer besonders kurzen Wellenlänge werden UV-Strahlen genannt und sind für das menschliche Auge nicht sichtbar. Zudem bestimmen Jahres- und Tageszeit sowie der Breitengrad die Stärke der UV-Einstrahlung. Längst hat sich der Mensch mittels UV-LEDs eigene künstliche UV-Quellen entwickelt. Gegenwärtig wird die neueste Generation geforscht: Innovative Materialien und Technologien lösen das Quecksilber ab und machen umweltfreundliche Leuchtdioden mit hoher optischer Leistung und langer Lebensdauer möglich. Das Ferdinand-Braun-Institut (FBH) Berlin und die Technische Universität (TU) Berlin sorgen mit herausragenden Forschungsergebnissen weltweit für großes Aufsehen.

Insbesondere konnte die Zuverlässigkeit von LEDs mit UVB-Strahlung (Wellenlänge 315 bis 280 Nanometer) und mit UVC-Strahlung (Wellenlänge 280 bis 100 Nanometer) deutlich verbessert werden. Gerade dieses besonders energiereiche Licht kann die Vitamin D-Produktion anregen sowie Viren, Pilze und Bakterien inaktivieren, Wasser und Oberflächen desinfizieren oder Eigenschaften von Materialien und Pflanzen verändern. Auf diesen Anwendungsgebieten hat das „Advanced UV for Life“-Konsortium etliche Prototypen von UV-Leuchtdioden auf den Weg gebracht. Das Bündnis aus Wissenschaft und Wirtschaft wird vom FBH koordiniert und innerhalb des Programms „Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“ des Bundesforschungsministeriums gefördert.

Corona treibt UV-LED-Entwicklungen an

UVC-LED-Demonstrator

Dieser UVC-Demonstrator mit 265 Nanometer-LEDs zur Desinfektion von Oberflächen wurde speziell entwickelt, um Alltagsgegenstände zu desinfizieren. 128 LEDs bestrahlen den Gegenstand auf einer UV-transparenten Scheibe von oben und unten

FBH/P. Immerz

„Um die UV-LED-Technologien weiter voranzutreiben, ist es wichtig, dass sich das Advanced UV for Life-Konsortium international vernetzt“, sagt Sven Einfeldt. Er leitet das Joint Lab GaN Optoelectronics am FBH, welches sichmit der Entwicklung innovativer Materialien für die Optoelektronik befasst. „Die modernen UV-LEDs aus solchen neuen Materialien benötigen auch neue Zertifizierungen und Standardisierungen, damit sie den Marktzugang erreichen“, betont Einfeldt: „Das kann nur international geregelt werden und war darum ein Thema der ICULTA.“ Die „Internationale Konferenz für UV-LED-Technologien und -Anwendungen“ fand nach ihrem Auftakt 2018 in diesem Frühjahr zum zweiten Mal statt und wird maßgeblich vom „Advanced UV for Life“-Konsortium mit organisiert. In diesem Jahr beteiligten sich 320 Teilnehmer aus 33 Ländern an dem pandemiebedingten online-Austausch.

Mittlerweile ist auch Sars-CoV-2 ein großes Thema in der globalen UV-LED-Community, das Corona-Virus wurde zum Antreiber der UV-LED-Entwicklungen. „Advanced UV for Life“ hat auch hier die Nase vorn. In Teilprojekten werden derzeit Prototypen getestet, inwieweit sie in Luft- und Wasserfiltern sowie zur Desinfektion von Oberflächen bis hin zur menschlichen Haut wirksam und gleichermaßen gesundheitlich unbedenklich sind.

Leuchtdioden überzeugen mit langer Lebensdauer

Damit die UVB- und UVC-LEDs in kommerziellen Produkten Verwendung finden, müssen sie u. a. eine lange Lebensdauer aufweisen. In Zusammenarbeit mit der TU Berlin konnte die auf 10000 Stunden erhöht werden. „Damit haben unsere Bauteile weltweit einen Vorsprung“, sagt Michael Kneissl, Leiter des Lehrstuhls „Experimentelle Nanophysik und Photonik“ an der TU Berlin. Als Erfolg könne verbucht werden, dass der Bündnispartner Osram Opto Semiconductors und die Ausgründung UVPhotonics NT die Industrialisierung von UVC-LEDs vorantreibe und die im Konsortium entwickelten Leuchtdioden marktreif macht z. B. für den Einsatz in Lampen zur Desinfektion von Wasser und Luft

Kneissl kommt in diesem Zusammenhang auf Luftfilter zu sprechen, die mittlerweile vielfältig auf dem Markt sind, aber die angegebene Wirksamkeit oft nicht erzielten, was vom Verbraucher allerdings nicht überprüfbar ist. Das „Advanced UV for Life“-Konsortium will mit der Ballung seiner Kompetenzen die Basis für vertrauensvolle Produkte schaffen. Derzeit, so Kneissl, werden UVC-LEDs in Luftfiltern unter Realbedingungen getestet.

Für „Advanced UV for Life“ endet die Förderphase. Doch das Netzwerk will darüber hinaus als eingetragener Verein bestehen bleiben und noch stärker Industriepartner aus ganz Deutschland sowie aus Österreich und der Schweiz einbinden. Drittmittel für Nachfolgeprojekte seien schon eingeworben, verkünden Sven Einfeldt und Michael Kneissl.