Bessere Fotos mit weniger Licht
Forschende der Empa in Dübendorf haben eine Alternative zu Silizium-Bildsensoren entwickelt, die das Potenzial hat, die Fotografie zu revolutionieren.
Familie, Freunde, Ferien, Vierbeiner: Heute lichten wir alles ab, was uns vors Objektiv kommt. Digitale Fotografie, ob mit Handy oder Kamera, ist simpel und folglich allgegenwärtig. Jedes Jahr versprechen die neuesten Geräte einen noch besseren Bildsensor mit noch mehr Megapixeln. Forschende der Empa in Dübendorf und der ETH Zürich arbeiten an einem Sensor, der diese kommerziellen Innovationen übertrumpfen könnte.
Die meisten Bildsensoren basieren auf dem Halbleitermaterial Silizium, das durch spezielle Filter in einzelne Pixel für rotes, grünes oder blaues (RGB-)Licht unterteilt wird. Pixel für Rot enthalten Filter, die Grün und Blau blockieren, und so weiter. Jeder Pixel in einem Silizium-Bildsensor erhält so nur rund ein Drittel der gesamten einfallenden Lichtmenge.
Gezielt steuerbar
Forschende um Maksym Kovalenko arbeiten an einer Alternative. Anstelle von Silizium verwenden sie für ihren Bildsensor das kristalline Material Perowskit. Auch Perowskit ist ein Halbleiter. Anders als Silizium lassen sich seine Eigenschaften allerdings ganz gezielt steuern. So gelang es den Forschenden, Perowskit-Pixel herzustellen, die nur das Licht einer bestimmten Wellenlänge – und somit Farbe – absorbieren, für andere Wellenlängen hingegen transparent sind.
Statt die RGB-Pixel wie bei Silizium-Sensoren nebeneinander zu lagern, können Perowskit-Pixel daher übereinandergestapelt werden. Das Resultat: Ein Bildsensor aus Perowskit kann auf derselben Fläche bis zu dreimal so viel Licht einfangen wie ein Silizium-Sensor – und das bei dreimal besserer Auflösung und einer präziseren Farbwiedergabe.
Im kleiner, immer leistungsfähiger
Bereits vor einigen Jahren konnte Kovalenkos Team die Funktionsweise demonstrieren, zunächst mit einzelnen überdimensionalen Pixeln aus millimetergrossen Perowskit-Kristallen. Nun haben sie erstmals zwei funktionierende Dünnschicht-Bildsensoren aus Perowskit gebaut: ein wichtiger Schritt in Richtung Miniaturisierung – und schliesslich auch Kommerzialisierung – der Technologie. Ein natürlicher Entwicklungsweg für Elektronikkomponenten. «Der erste Transistor bestand aus einem grossen Stück Germanium mit ein paar Anschlüssen. Heute, 60 Jahre später, messen Transistoren nur noch wenige Nanometer», vergleicht Kovalenko.