Исследователи показали, что сульфид висмута сочетает сильное поглощение света с более медленной рекомбинацией электронов и дырок — процессом, при котором поглощённая энергия теряется до сбора заряда. Работа опубликована 28 октября в Nature. По оценке команды, при комнатной температуре скорость рекомбинации оказалась примерно на 75% ниже, чем у обычных полупроводников с сопоставимым поглощением.

Причина — псевдопрямая энергетическая структура материала. Свет поглощается через сильный прямой переход, но чуть ниже по энергии находится слабый непрямой переход. Возбуждённые заряды переходят в эти низкоэнергетические состояния, которые работают как временный резервуар и замедляют их взаимное уничтожение.

Команда исследовала тонкие плёнки сульфида висмута сверхбыстрой терагерцевой спектроскопией — от комнатной температуры почти до абсолютного нуля. В большинстве полупроводников охлаждение ускоряет потерю зарядов, а здесь она замедлилась; расчёты электронной структуры дали тот же механизм.

Готового солнечного элемента в работе нет, и рост его КПД не измеряли. Результат показывает физический способ ослабить привычный компромисс между сильным поглощением света и временем жизни зарядов; теперь его предстоит воспроизвести в материалах и устройствах, пригодных для преобразования энергии.