半導体：擬直接遷移型半導体における電子–正孔再結合の遅延

キルヒホッフは1860年に、黒体放射における吸収率と放射率の相反性を実証し、これによって、優れた吸収体は優れた放射体でもあるという一般原理を確立した。この原理は、一般化されたプランクの法則の基礎となっており、ヴァン・ルースブルック–ショックレー方程式の形で半導体に適用すると、太陽エネルギー変換に大きな制約が課される。今回我々は、低エネルギー側の間接遷移と、それより数k_BT高いエネルギーに位置する直接遷移が組み合わさった擬直接バンドギャップ特性を示す、硫化ビスマスなどの半導体において、この相反性をいかに回避できるかを実証する。我々は、硫化ビスマスが擬直接バンドギャップを持つことを明らかにした上で、この特性が、この材料における電子–正孔の2分子再結合を、古典的な直接型半導体と比べていかに大幅に遅延させるかを明らかにした。結果として得られる高い吸収係数と再結合の遅延の組み合わせは、プランクの法則に従う限界の克服という前例のない可能性をもたらし、太陽エネルギー変換において広範な可能性を開く。

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