Учёные Оксфордского университета (Великобритания) совместно с коллегами из Уханьского университета (Китай) идентифицировали сульфид висмута (Bi₂S₃) как полупроводник, позволяющий обойти фундаментальный компромисс между поглощением света и скоростью потерь носителей заряда. По оценкам команды, рекомбинация зарядов в этом материале происходит примерно на 75% медленнее, чем в традиционных полупроводниках с эквивалентным поглощением света.
Кратко:
- Материал — сульфид висмута (Bi₂S₃), распространённый и нетоксичный полупроводник.
- Новый механизм снижает скорость потерь носителей заряда примерно на 75% по сравнению с традиционными материалами с эквивалентным поглощением света.
- Метод — сверхбыстрая терагерцовая спектроскопия тонких плёнок в широком температурном диапазоне: от комнатной температуры до почти абсолютного нуля.
- Публикация — Nature, 28 октября 2026 года (DOI: 10.1038/s41586-026-11223-x).
Какой компромисс преодолевает сульфид висмута
Фотовольтаика годами существовала с неудобной закономерностью: материалы, интенсивнее поглощающие солнечный свет, как правило, хуже преобразуют захваченную энергию в электричество. Причина — быстрая рекомбинация электронов и «дырок», которая «съедает» часть собранных носителей прежде, чем они успевают достичь электродов. По данным techxplore.com, команда под руководством профессора Лоры Херц с физического факультета Оксфорда (ответственный автор) и профессора Марины Филип, чья группа выполнила расчёты электронной структуры, установила: Bi₂S₃ обладает необычной зонной структурой с плотно расположенными энергетическими уровнями. Именно эта особенность позволяет сочетать сильное поглощение света с замедленной рекомбинацией — сочетание, которое традиционно считалось труднодостижимым.
«Временной резервуар» для носителей заряда
В предложенной модели возбуждённые светом заряды быстро переходят в состояния с более низкой энергией, действующие как временной резервуар. Там носители живут дольше и медленнее теряются, а значит, большая их часть успевает быть собрана внешней цепью. Для измерения динамики заряда исследователи применили сверхбыструю терагерцовую спектроскопию тонких плёнок материала в широком температурном диапазоне — от комнатной температуры до почти абсолютного нуля. Итоговая оценка — около 75% снижения скорости потерь зарядов по сравнению с обычными материалами с эквивалентным поглощением света.
Почему именно этот материал привлекает внимание
Сульфид висмута — распространённый и нетоксичный полупроводник. Однако сами авторы не торопятся с обещаниями: Лора Херц подчёркивает, что работа «демонстрирует физический механизм, а не готовый солнечный элемент» (demonstrate a physical mechanism rather than a finished solar cell).
Что это может изменить в фотовольтаике
Если другой класс полупроводников действительно позволяет одновременно иметь и сильное поглощение, и долгое время жизни носителей заряда, у разработчиков появляется дополнительный инструмент для повышения эффективности солнечных панелей — без тонкого компромисса между толщиной слоя и потерями в нём. Открытие расширяет список полупроводников, с которыми стоит считаться, помимо привычных кремния и перовскитов — а это область, где ведётся интенсивный поиск новых материалов для доступных солнечных панелей.
Для читателя, следящего за тем, что определит следующее поколение солнечных модулей, это важный фундаментальный результат: он показывает, что компромисс «поглощение против времени жизни заряда» не абсолютен и что физика конкретного материала способна его обойти. Станет ли сульфид висмута основой серийных панелей — покажут последующие работы по эффективности и долговечности полных элементов, а не отдельных тонких плёнок. Пока же стоит следить за дальнейшими публикациями группы Херц и Филип, а также за попытками других лабораторий воспроизвести обнаруженный механизм на собственных образцах.
Источники: TechXplore, Nature (DOI)
Материал подготовлен редакцией Alternative Energy с помощью ИИ на основе указанных источников; факты и цифры сверены с ними в ходе автоматической редакторской проверки. Как мы готовим материалы