🔬 Авторы работы в Nature показали, что тонкие плёнки сульфида висмута Bi₂S₃ сочетают сильное поглощение света с замедленной рекомбинацией электронов и дырок. Эксперименты и расчёты указывают на особое сочетание электронных переходов: согласно модели, оно снижает коэффициент рекомбинации примерно на 75 % при комнатной температуре относительно полностью прямозонного полупроводника. Это перспективно для преобразования солнечной энергии.
Исследователи изготовили плёнки толщиной около 150 нм на кварцевых подложках. После коротких лазерных импульсов они отслеживали проводимость и свечение образцов, меняя температуру и интенсивность возбуждения. Эти измерения вместе с расчётами электронной структуры позволили разделить рекомбинацию через дефекты и собственную рекомбинацию электронов с дырками.
Сильное поглощение в Bi₂S₃ обеспечивают прямые электронные переходы. Но примерно на 40 миллиэлектронвольт ниже расположен непрямой переход, связанный с более медленной рекомбинацией. Носители заряда проводят часть времени в соответствующих состояниях — авторы называют их временным «резервуаром». Это замедляет общую рекомбинацию, сохраняя сильное поглощение света. Такое сочетание авторы называют псевдопрямозонным характером полупроводника.
При охлаждении измерения выявили необычное замедление собственной рекомбинации. Модель объясняет его тем, что больше носителей занимает состояния, связанные с непрямым переходом. Подгонка модели к эксперименту дала разницу энергий около 38 миллиэлектронвольт — близко к расчётным 40.
✅ Такое сочетание свойств может помочь снизить потери при преобразовании солнечного света в электричество и химическое топливо. Однако работа посвящена тонким плёнкам, а повышение эффективности устройств остаётся перспективой. Кроме того, дефекты в исследованных образцах сохраняют другой канал потерь: носители заряда почти полностью рекомбинируют примерно за 100 нс.
