瑞士研究团队开发钙钛矿图像传感器实现三倍光捕获效率

（映维网Nweon 2025年06月23日）苏黎世联邦理工学院和瑞士联邦材料科学与技术研究所的研究人员开发了一种全新的钙钛矿图像传感器，并承诺可以用更少的光线拍出更好的照片。

与传统的硅传感器相比，这种新型传感器具有更高的光敏性，更准确地再现颜色，并提供更高的分辨率。

图像传感器辨别颜色的方式与人眼相似。在我们的视网膜中，单个视锥细胞可以识别红色、绿色和蓝色（RGB）。在图像传感器中，单个像素吸收相应的波长并将其转换为电信号。

绝大多数图像传感器是由硅制成。这种半导体材料通常吸收整个可见光谱的光。为了使其成为RGB图像传感器，必须对入射光进行过滤。例如，红色的像素包含过滤（和浪费）绿色和蓝色的滤光器。所以，硅图像传感器中的每个像素只接收到大约三分之一的可用光。

针对这个问题，苏黎世联邦理工学院和瑞士联邦材料科学与技术研究所的研究人员提出了一种新颖的解决方案，以利用光的每个光子进行颜色识别。实际上，他们近十年来一直在研究基于钙钛矿的图像传感器。

所提出的创新图像传感器的基础是卤化铅钙钛矿。这种晶体材料同时是一种半导体。与硅相比，它特别容易加工，而物理性质会随其确切的化学成分而变化。这正是研究人员在制造钙钛矿图像传感器时所利用的一点。

如果钙钛矿含有更多的碘离子，它就会吸收红光。对于绿色，研究人员添加了更多的溴，对于蓝色，则添加更多的氯，而这一切不需要滤光器。钙钛矿像素层对其他波长保持透明，允许它们通过。这意味着红色、绿色和蓝色的像素可以在图像传感器中堆叠在一起，而不像硅图像传感器的像素并排排列。

由于这种安排，以钙钛矿为基础的图像传感器理论上可以捕获三倍于常规图像传感器的相同表面积的光，同时提供三倍高的空间分辨率。

实际上，团队在数年前就证明了这一点，而最初是用毫米大小的单晶组成的超大像素。但现在，他们第一次构建了两个功能齐全的薄膜钙钛矿图像传感器。研究人员指出：“我们正在进一步发展这项技术，从一个粗略的原理证明到一个实际应用的层面。”

当然，钙钛矿图像传感器依然只是早期发展阶段。但通过这两个原型，研究人员能够证明这项技术可以小型化。传感器采用工业常见的薄膜工艺制造，至少在垂直尺寸达到了目标尺寸。

在无数的实验中，研究人员证明了钙钛矿的优势：传感器对光更敏感，颜色还原更精确，并且可以提供比传统硅技术更高的分辨率。每个像素捕获所有光线的事实同时消除了数码摄影的特定伪影。

然而，数码摄影并不是钙钛矿图像传感器的唯一应用领域。由于材料的特性，它们同时特别适合用于机器视觉。钙钛矿传感器在高光谱成像中具有决定性的优势。研究人员可以精确控制每一层吸收的波长范围。

下一步，研究人员希望进一步减小钙钛矿图像传感器的尺寸并增加像素数量。他们的两个原型的像素尺寸在0.5到1毫米之间，而商业图像传感器中的像素落在微米范围内（1微米等于0.001毫米）。

研究人员指出：“用钙钛矿制造出的像素应该比用硅制造出的像素更小。电子连接和处理技术需要适应新技术。今天的读出电子设备针对硅进行了优化。但钙钛矿是一种不同的半导体，具有不同的材料特性。”然而，研究人员相信未来可以克服相关的挑战。