Сульфід вісмуту показав уповільнену рекомбінацію зарядів
Тонкі плівки сульфіду вісмуту (Bi₂S₃) продемонстрували поєднання високого поглинання світла та уповільненої рекомбінації електронів і дірок. Дослідження описує матеріал як кандидата на новий клас «псевдопрямих» напівпровідників, які потенційно можуть бути корисними для ефективнішого перетворення сонячної енергії.
Як повідомляє Nature, найнижчий енергетичний перехід у Bi₂S₃ є непрямим, тоді як близький до нього прямий перехід розташований менш ніж на 40 міліелектронвольт вище. Така структура дає змогу матеріалу сильно поглинати світло, але водночас сповільнює бімолекулярну рекомбінацію носіїв заряду.
Сульфід вісмуту є нетоксичним і стабільним напівпровідником, який досліджують для фотокаталізу, фотодетекторів та збирання енергії. Його край поглинання становить приблизно 1,4 еВ, що автори роботи називають придатним значенням для одноперехідних сонячних елементів.
Автори виготовили тонкі плівки Bi₂S₃ термічним випаровуванням порошку на кварцові підкладки. Вимірювання показали коефіцієнт поглинання понад 10⁵ см⁻¹ у видимому діапазоні. Водночас спектр не мав різкого початку, характерного для типового прямозонного напівпровідника. Розрахунки та температурні вимірювання вказали, що домінантні оптичні властивості зумовлені прямими переходами, хоча найнижчий за енергією перехід є непрямим.
Динаміку фотогенерованих носіїв заряду досліджували методами терагерцової та міліметрової провідності, а також фотолюмінесценції. За кімнатної температури вчені визначили коефіцієнт бімолекулярної рекомбінації близько 5 × 10⁻¹¹ см³/с.
Це значення нижче, ніж у прямих напівпровідників, зокрема арсеніду галію та галогенідних перовскітів, попри високе поглинання Bi₂S₃. Водночас воно значно перевищує очікувані показники для суто непрямих переходів. Дослідники пов’язують це з тепловим розподілом носіїв заряду між близькими за енергією прямими та непрямими станами.
У роботі зазначається, що така електронна будова може забезпечити триваліший час життя носіїв заряду без значної втрати фотонапруги. Це важливо для сонячних елементів і фотоелектрохімічних систем, де рекомбінація конкурує з вилученням заряду.
- Останні
- Популярні
Новини по днях
29 жовтня 2026
