Die Bandlücke (bandgap) bezeichnet in Festkörpern den Energieabstand zwischen dem obersten voll besetzten Valenzband und dem untersten unbesetzten Leitungsband. Sie ist eine zentrale Größe zur Beschreibung der elektronischen, optischen und teilweise auch thermischen Eigenschaften von Isolatoren, Halbleitern und Dielektrika.

Quantitativ wird die Bandlücke als Energiedifferenz E_g definiert. Bei direkten Bandlücken liegen Valenzbandmaximum und Leitungsbandminimum im gleichen k‑Raum-Punkt, was effiziente strahlende Rekombination und starke Lichtemission ermöglicht (z.B. GaAs). Bei indirekten Bandlücken sind diese Punkte verschieden; optische Übergänge erfordern zusätzlich ein Phonon, was die Lumineszenz stark reduziert (z.B. Si).

Die optische Bandlücke beschreibt jene Energiedifferenz, ab der Photonenabsorption unter Berücksichtigung von Exzitonen und Übergangsauswahlregeln einsetzt und kann von der fundamentalen Bandlücke abweichen. In photonischen Kristallen spricht man analog von einer photonischen Bandlücke, einem Frequenzbereich, in dem sich elektromagnetische Wellen im Medium nicht ausbreiten können.

Bandlücken-Engineering umfasst gezielte Modifikation von E_g durch Dotierung, Legierungsbildung, Quanteneffekte (z.B. Quantenpunkte, Dünnfilme) oder mechanische Verspannung. Dies erlaubt Bandlückenabstimmung und ‑steuerung für Anwendungen in Optoelektronik, Photovoltaik, Leistungselektronik und Sensorik. Die präzise Bestimmung und Simulation von Bandlückeneigenschaften erfordert fortgeschrittene elektronische Strukturmethoden (z.B. GW, Hybrid-DFT), da konventionelle DFT-Berechnungen Bandlücken typischerweise unterschätzen.