Bisher kommt in Bildsensoren stets Silizium zum Einsatz, um das einfallende Licht in elektrische Ladungen umzuwandeln, welche wiederum die Basis von digitalen Bildern sind. Doch scheint es grundsätzlich ein effektiveres Halbleitermaterial für diese Aufgabe zu geben – es nennt sich Perowskit und wird zum Teil in der Photovoltaik eingesetzt. Forscher der ETH Zürich arbeiten allerdings schon seit mehreren Jahren an einem neuen Typ von Bildsensor, der dank Perowskit sowohl lichtstärker als auch hochauflösender sein soll als bisher verfügbare Bildwandler.
Genauer gesagt soll sich eine dreimal so hohe Lichtausbeute wie auch Auflösung auf einer vergleichbaren Fläche erzielen lassen können, denn das Besondere an Perowskit ist seine Lichtdurchlässigkeit. Während Sensorpixel auf Silizium-Sensoren ihre Rot-, Grün- oder Blausensitivität über Filterverfahren erhalten und dadurch nur nebeneinander angeordnet sein können, ist es möglich, drei Sensorschichten aus Perowskit übereinander zu legen, wobei jede Schicht jeweils auf eine der benötigten Wellenlängen anspricht. Denn die physikalischen Eigenschaften des Halbleiters variieren mit seiner genauen chemischen Zusammensetzung. Enthält das Perowskit etwas mehr Jod-Ionen, absorbiert es rotes Licht. Für Grün fügen die Forschenden mehr Brom hinzu, für Blau mehr Chlor – ganz ohne Filter. Für die anderen Wellenlängen bleiben die Perowskit-Pixelschichten transparent, lassen sie also durch.
Laut der Forschenden sollen solche Perowskit-Sensoren außerdem Farben präziser wiedergeben können, und da jeder Pixel das gesamte Licht einfängt, entfallen zudem einige Artefakte der Digitalfotografie, etwa das Demosaicing und der Moiré-Effekt.
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Allerdings wird es noch länger dauern, bis diese neue Art von Sensoren zum Einsatz kommen kann – als Proof of Concept wurden nun erstmals zwei funktionierende Dünnschicht-Bildsensoren aus Perowskit gebaut. In einem nächsten Schritt wollen die Forschenden ihre Perowskit-Bildsensoren weiter verkleinern und gleichzeitig die Anzahl Pixel erhöhen. Die beiden Prototypen haben Pixelgrößen zwischen 0,5 und 1 Millimeter, während Pixel in kommerziellen Bildsensoren sich im Mikrometerbereich befinden. Auch müssen die elektronischen Anschlüsse und die Verarbeitungstechniken für die neue Technologie angepasst werden, da die heutige Auslese-Elektronik für Silizium optimiert ist.
Die neue Technologie soll auch Vorteile für maschinelles Sehen mitbringen, da die einzelnen Perowskit-Schichten auch für ganz andere Wellenlängen getunt werden können – die R-G-B-Struktur letztlich für menschliche Augen konzipiert ist. Hyperspektrale Bildsensoren aus Perowskit könnten etwa im Bereich medizinischer Analysen oder bei der automatisierten Überwachung der Landwirtschaft und der Umwelt zum Einsatz kommen. (Danke an CotORR für den Hinweis im Forum; hier die aktuelle Studie in Nature.)
