Schweizer Forscher haben einen besseren Bildsensor entwickelt
Bessere Fotos bei weniger Licht: Forscher der ETH Zürich und der Empa haben am Mittwoch in der Fachzeitschrift «Nature» einen neuen Bildsensor vorgestellt, der deutlich mehr Licht einfängt als ein herkömmlicher Sensor.
Der Sensor besteht aus Kristallen mit dem Namen Perovskit. Seit bald zehn Jahren forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) und der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich (ETH Zürich) an Bildsensoren aus Perovskit, wie die Empa in einer Mitteilung schrieb. In der neuen Studie zeigten sie nun, dass die Technologie funktioniert.
Die Sensoren sind lichtempfindlicher, geben die Farben präziser wider und können eine deutlich höhere Auflösung bieten als die herkömmliche Silicium-Technologie, wie Tests mit einem Prototypen zeigten.
So funktioniert der Sensor
Bei herkömmlichen Bildsensoren aus Silicium nimmt jedes Pixel nur eine Farbe wahr, also entweder rotes, grünes oder blaues Licht. Damit ein Farbbild entsteht, liegt auf der Sensorfläche für jede Farbe ein separater Pixel nebeneinander. So geht ein erheblicher Teil der einfallenden Photonen verloren – bis zu zwei Drittel bleiben ungenutzt.
Der von Forschenden um Maksym Kovalenko neu entwickelte Sensor aus Perovskit funktioniert anders: Er besteht aus drei hauchdünnen Schichten, die übereinander gestapelt sind. Jede Schicht ist auf eine bestimmte Farbe spezialisiert und lässt die jeweils anderen Farben durch. So kann jedes geschichtete Pixel das gesamte Farbspektrum gleichzeitig erfassen, ganz ohne Farbfilter. Das einfallende Licht wird dadurch deutlich effizienter genutzt, was zu besseren Bildern bei weniger Licht führt.
Einige Hürden
Obwohl das Konzept vielversprechend sei, gebe es noch einige Hürden, schrieben die an der Entwicklung nicht beteiligten Forscher Shuming Nie und Viktor Gruev in einem ebenfalls in «Nature» erschienenen Kommentar zur Studie. So seien Perovskite anfällig gegenüber Sauerstoff und Feuchtigkeit, die dreischichtige Sensorstruktur erfordere einen höheren Aufwand bei der Elektronik, um die gestiegenen Datenmengen zu verarbeiten, ohne Bildqualität oder Auflösung zu beeinträchtigen, und die Materialien enthielten Blei, was Umweltrisiken mit sich bringe.
«Wenn diese Material- und Herstellungsrätsel gelöst sind, könnten die Kameras von morgen jeden Farbton einfangen, ohne auch nur ein einziges Photon zu verlieren, und selbst den dunkelsten Urlaubsmoment in ein strahlend helles Andenken verwandeln», schlossen die Forschenden den Kommentar. (sda)
