Photolumineszenz bezeichnet die strahlende Rekombination angeregter Zustände eines Materials nach optischer Anregung. Einfallende Photonen erzeugen angeregte Elektronen‑Loch‑Paare (z.B. Exzitonen oder freie Ladungsträger), deren Relaxation unter Emission von Photonen erfolgt. Photolumineszenz ist ein nicht‑thermischer Prozess und unterscheidet sich damit von der Temperaturstrahlung.

In Festkörpern wird häufig zwischen band‑zu‑band‑Emission, Exzitonen‑Emission, Defekt‑ bzw. Fallenstrahlung und Emission von Dotierzentren unterschieden. Die spektrale Lage, Linienform, Intensität und Lebensdauer der Photolumineszenz liefern direkte Informationen über Bandlücke, Defektzustände, Dotierungskonzentrationen, Rekombinationsmechanismen und Ladungsträgerdynamik.

Experimentell werden stationäre (cw) und zeitaufgelöste Photolumineszenz (TRPL) eingesetzt. Stationäre Messungen erlauben insbesondere die Bestimmung der Bandlückenenergie und die Identifikation von Radiativzentren. Zeitaufgelöste Techniken erfassen Zerfallskurven, aus denen Strahlungs‑ und Nichtstrahlungslebensdauern sowie Oberflächen‑ und Volumenrekombination extrahiert werden können.

Photolumineszenz spielt eine zentrale Rolle in der Charakterisierung von Halbleitern, Nanokristallen, Quantenpunkten und Lumineszenzphosphoren. Sie ist zudem Grundlage für Anwendungen wie Lichtemission in LEDs, Szintillatoren und bestimmten Lasersystemen. Aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit und Nichtdestruktivität zählt sie zu den wichtigsten spektroskopischen Methoden zur materialspezifischen Zustandsanalyse.