Sensible al rojo Sensores de color sensibles al azul y sensibles al verde apilados uno encima del otro en lugar de estar alineados en un patrón de mosaico:este principio podría permitir la creación de sensores de imagen con una resolución y sensibilidad a la luz sin precedentes. Sin embargo, hasta aquí, la realidad no ha cumplido con las expectativas. Investigadores de Empa y ETH Zurich han desarrollado un prototipo de sensor que absorbe la luz de manera casi óptima y también es barato de producir.

El ojo humano tiene tres tipos diferentes de células sensoriales para la percepción del color:células que son respectivamente sensibles al rojo, el verde y el azul se alternan en el ojo y combinan su información para crear una imagen de color general. Sensores de imagen, por ejemplo, en las cámaras de los teléfonos móviles, funcionan de manera similar:azul, Los sensores verde y rojo se alternan en un patrón similar a un mosaico. Los algoritmos de software inteligente calculan una imagen en color de alta resolución a partir de los píxeles de color individuales.

Sin embargo, el principio también tiene algunas limitaciones inherentes:como cada píxel individual solo puede absorber una pequeña parte del espectro de luz que lo golpea, una gran parte de la luz se pierde. Además, los sensores básicamente han alcanzado los límites de la miniaturización, y pueden producirse alteraciones de imagen no deseadas; estos se conocen como efectos de muaré de color y deben eliminarse laboriosamente de la imagen terminada.

Transparente solo para ciertos colores

Por lo tanto, los investigadores han estado trabajando durante varios años en la idea de apilar los tres sensores en lugar de colocarlos uno al lado del otro. Por supuesto, esto requiere que los sensores de la parte superior dejen pasar las frecuencias de luz que no absorben a los sensores de la parte inferior. A finales de la década de 1990, este tipo de sensor se produjo con éxito por primera vez. Consistía en tres capas de silicio apiladas, cada uno de los cuales absorbió un solo color.

En realidad, esto resultó en un sensor de imagen disponible comercialmente. Sin embargo, esto no tuvo éxito en el mercado porque los espectros de absorción de las diferentes capas no eran lo suficientemente distintos, por lo que parte de la luz verde y roja fue absorbida por la capa sensible al azul. Por lo tanto, los colores se difuminaron y la sensibilidad a la luz fue, por lo tanto, más baja que para los sensores de luz ordinarios. Además, la producción de las capas absorbentes de silicio requirió un proceso de fabricación complejo y costoso.

Los investigadores de Empa ahora han logrado desarrollar un prototipo de sensor que evita estos problemas. Consiste en tres tipos diferentes de perovskitas:un material semiconductor que se ha vuelto cada vez más importante durante los últimos años, por ejemplo, en el desarrollo de nuevas células solares, por sus destacadas propiedades eléctricas y buena capacidad de absorción óptica. Dependiendo de la composición de estas perovskitas, ellos pueden, por ejemplo, absorber parte del espectro de luz, pero permanece transparente durante el resto del espectro. Los investigadores del grupo de Maksym Kovalenko en Empa y ETH Zurich utilizaron este principio para crear un sensor de color con un tamaño de solo un píxel. Los investigadores pudieron reproducir imágenes unidimensionales simples y bidimensionales más realistas con una fidelidad de color extremadamente alta.

Reconocimiento preciso de colores

Las ventajas de este nuevo enfoque son claras:los espectros de absorción están claramente diferenciados y, por tanto, el reconocimiento del color es mucho más preciso que con el silicio. Además, los coeficientes de absorción, especialmente para los componentes de luz con longitudes de onda más altas (verde y rojo), son considerablemente más altos en las perovskitas que en el silicio. Como resultado, las capas se pueden hacer significativamente más pequeñas, lo que a su vez permite tamaños de píxeles más pequeños. Esto no es crucial en el caso de los sensores de cámara ordinarios; sin embargo, para otras tecnologías de análisis, como la espectroscopia, esto podría permitir una resolución espacial significativamente mayor. Las perovskitas también se pueden producir mediante un proceso comparativamente económico.

Sin embargo, Todavía se necesita más trabajo para desarrollar aún más este prototipo en un sensor de imagen utilizable comercialmente. Las áreas clave incluyen la miniaturización de píxeles y el desarrollo de métodos para producir una matriz completa de dichos píxeles en un solo paso. Según Kovalenko, esto debería ser posible con las tecnologías existentes.