We report on the anisotropic optical properties of single-crystal tin monosulfide (SnS). The components εa, εb, and εc of the pseudodielectric-function tensor ⟨ε⟩ = ⟨ε1⟩ + iε2⟩ spectra are taken from 0.73 to 6.45 eV by spectroscopic ellipsometry. The measured ⟨ε⟩ spectra are in a good agreement with the results of the calculated dielectric response from hybrid density functional theory. The ⟨ε⟩ spectra show the direct band-gap onset and a total of eight above-band-gap optical structures that are associated with the interband-transition critical points (CPs). We obtain accurate CP energies by fitting analytic CP expressions to second-energy-derivatives of the ⟨ε⟩ data. Their probable electronic origins and implications for photovoltaic applications are discussed.

1.
A. R. H. F.
Ettema
,
R. A. de
Groot
, and
C.
Haas
,
Phys. Rev. B
46
,
7363
(
1992
).
2.
M.
Devika
,
N. K.
Reddy
,
K.
Ramesh
,
R.
Ganesan
,
K. R.
Gunasekhar
,
E. S. R.
Gopal
, and
K. T. R.
Reddy
,
J. Elechem. Soc.
154
,
H67
(
2007
).
3.
R. E.
Banai
,
H.
Lee
,
M. A.
Motyka
,
R.
Chandrasekharan
,
N. J.
Podraza
,
J. R. B.
Brownson
, and
M. W.
Horn
,
IEEE J. Photovolt.
3
,
1084
(
2013
).
4.
A.
Wangperawong
,
S. M.
Herron
,
R. R.
Runser
,
C.
Hägglund
,
J. T.
Tanskanen
,
H. B. R.
Lee
,
B. M.
Clemens
, and
S. F.
Bent
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
052105
(
2013
).
5.
J. L.
Loferski
,
J. App. Phys.
27
,
777
(
1956
).
6.
P. Sinsermsuksakui, L. Sun, S. W. Lee, H. H. Park, S. B. Kim, C. Yang, and R. G. Gordon, “
Overcoming Efficiency Limitations of SnS-Based Solar Cells
,”
Adv. Energy Materials
(published online).
7.
M. A.
Green
,
K.
Emery
,
Y.
Hishikawa
,
W.
Warta
, and
E. D.
Dunlop
,
Prog. Photovolt.: Res. Appl.
22
,
1
(
2014
).
8.
P.
Sinsermsuksakul
,
J.
Heo
,
W.
Noh
,
A. S.
Hock
, and
R. G.
Gordon
,
Adv. Energy Mater.
1
,
1116
(
2011
).
9.
L. A.
Burton
and
A.
Walsh
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
132111
(
2013
).
10.
L. A.
Burton
,
D.
Colombara
,
R. D.
Abellon
,
F. C.
Grozema
,
L. M.
Peter
,
T. J.
Savenije
,
G.
Dennler
, and
A.
Walsh
,
Chem. Mater.
25
,
4908
(
2013
).
11.
J.
Koh
,
H.
Fujiwara
,
Y.
Lu
,
C. R.
Wronski
, and
R. W.
Collins
,
Thin Solid Films
313–314
,
469
(
1998
).
12.
M. I.
Alonso
,
M.
Garriga
,
C. A. Durante
Rincón
,
E.
Hernández
, and
M.
León
,
Appl. Phys. A
74
,
659
(
2002
).
13.
H.
Fujiwara
and
M.
Kondo
,
Phys. Rev. B
71
,
075109
(
2005
).
14.
M. A.
Steiner
,
J. F.
Geisz
,
I.
García
,
D. J.
Friedman
,
A.
Duda
, and
S. R.
Kurtz
,
J. Appl. Phys.
113
,
123109
(
2013
).
15.
M.
Law
,
M. C.
Beard
,
S.
Choi
,
J. M.
Luther
,
M. C.
Hanna
, and
A. J.
Nozik
,
Nano Lett.
8
,
3904
(
2008
).
16.
S. G.
Choi
,
M. van
Schilfgaarde
,
D. E.
Aspnes
,
A. G.
Norman
,
J. M.
Olson
,
T. J.
Peshek
, and
D. H.
Levi
,
Phys. Rev. B
83
,
235210
(
2011
).
17.
S. G.
Choi
,
H. Y.
Zhao
,
C.
Persson
,
C. L.
Perkins
,
A. L.
Donohue
,
B.
To
,
A. G.
Norman
,
J.
Li
, and
I. L.
Repins
,
J. Appl. Phys.
111
,
033506
(
2012
).
18.
S. G.
Choi
,
J.
Hu
,
L. S.
Abdallah
,
M.
Limpinsel
,
Y. N.
Zhang
,
S.
Zollner
,
R. Q.
Wu
, and
M.
Law
,
Phys. Rev. B
86
,
115207
(
2012
).
19.
S. G.
Choi
,
R.
Chen
,
C.
Persson
,
T. J.
Kim
,
S. Y.
Hwang
,
Y. D.
Kim
, and
L. M.
Mansfield
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
261903
(
2012
).
20.
Z.
Zainal
,
M. Z.
Hussein
, and
A.
Ghazali
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
40
,
347
(
1996
).
21.
S.
Lopez
and
A.
Ortiz
,
Semicond. Sci. Technol.
9
,
2130
(
1994
).
22.
F. G.
Yanuar
,
F.
Guastavino
,
C.
Llinares
,
K.
Djessas
, and
G.
Masse
,
J. Mater. Sci. Lett.
19
,
2135
(
2000
).
23.
M.
Calixto-Rodriguez
,
H.
Martinez
,
A.
Sanchez-Juarez
,
J.
Campos-Alvarez
,
A.
Tiburcio-Silver
, and
M.
Calixto
,
Thin Solid Films
517
,
2497
(
2009
).
24.
N. K.
Reddy
and
K. T. R.
Reddy
,
Mater. Chem. Phys.
102
,
13
(
2007
).
25.
B.
Ghosh
,
M.
Das
,
P.
Banerjee
, and
S.
Das
,
Appl. Surf. Sci.
254
,
6436
(
2008
).
26.
O. E.
Ogah
,
G.
Zoppi
,
I.
Forbes
, and
R.
Miles
,
Thin Solid Films
517
,
2485
(
2009
).
27.
T. H.
Sajeesh
,
N.
Poornima
,
C. Sudha
Kartha
, and
K. P.
Vijayakumar
,
Phys. Status Solidi A
207
,
1934
(
2010
).
28.
J.
Vidal
,
S.
Lany
,
M.
d'Avezac
,
A.
Zunger
,
A.
Zakutayev
,
J.
Francis
, and
J.
Tate
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
032104
(
2012
).
29.
L. L.
Cheng
,
M. H.
Liu
,
M. X.
Wang
,
S. C.
Wang
,
G. D.
Wang
,
Q. Y.
Zhou
, and
Z. Q.
Chen
,
J. Alloys Compd.
545
,
122
(
2012
).
30.
E. R.
Shaaban
,
M. S. Abd
El-Sadek
,
M.
El-Hagary
, and
I. S.
Yahia
,
Phys. Scr.
86
,
015702
(
2012
).
31.
H. R.
Chandrasekhar
,
R. G.
Humphreys
,
U.
Zwick
, and
M.
Cardona
,
Phys. Rev. B
15
,
2177
(
1977
).
32.
R.
Eymard
and
A.
Otto
,
Phys. Rev. B
16
,
1616
(
1977
).
33.
A. P.
Lambros
,
D.
Geraleas
, and
N. A.
Economou
,
J. Phys. Chem. Solids
35
,
537
(
1974
).
34.
L.
Viña
,
S.
Logothetidis
, and
M.
Cardona
,
Phys. Rev. B
30
,
1979
(
1984
).
35.
S.
Zollner
,
M.
Garriga
,
J.
Humlícek
,
S.
Gopalan
, and
M.
Cardona
,
Phys. Rev. B
43
,
4349
(
1991
).
36.
T.
Sorgenfrei
,
F.
Hofherr
,
T.
Jauß
, and
A.
Cröll
,
Cryst. Res. Technol.
48
,
193
(
2013
).
37.
D. E.
Aspnes
,
J. Opt. Soc. Am.
70
,
1275
(
1980
).
38.
G. E.
Jellison
, Jr.
and
J. S.
Baba
,
J. Opt. Soc. Am. A
23
,
468
(
2006
).
39.
H.
Fujiwara
,
Spectroscopic Ellipsometry—Principles and Applications
(
Wiley
,
West Sussex
,
2007
), Ch. 6 and 7.
40.
M.
Schubert
, in
Handbook of Ellipsometry
, edited by
H. G.
Tompkins
and
E. A.
Irene
(
William Andrew
,
New York
,
2005
), Ch. 9.
41.
J.
Heyd
,
G. E.
Scuseria
, and
M.
Ernzerhof
,
J. Chem. Phys.
124
,
219906
(
2006
).
42.
G.
Kresse
and
J.
Furthmuller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
43.
G.
Kresse
and
D.
Joubert
,
Phys. Rev. B
59
,
1758
(
1999
).
44.
T.
Chattopadhyay
,
J.
Pannetier
, and
H. G.
Von Schnering
,
J. Phys. Chem. Solids
47
,
879
(
1986
).
45.
S. P.
Ong
,
W. D.
Richards
,
A.
Jain
,
G.
Hautier
,
M.
Kocher
,
S.
Cholia
,
D.
Gunter
,
V.
Chevrier
,
K. A.
Persson
, and
G.
Ceder
,
Comput. Mater. Sci.
68
,
314
(
2013
).
46.
G. K. H.
Madsen
and
D. J.
Singh
,
Comput. Phys. Commun.
175
,
67
(
2006
).
47.
K.
Momma
and
F.
Izumi
,
J. Appl. Crystallogr.
44
,
1272
(
2011
).
48.
M.
Gajdos
,
K.
Hummer
,
G.
Kresse
,
J.
Furthmuller
, and
F.
Bechstedt
,
Phys. Rev. B
73
,
045112
(
2006
).
49.
M.
Parenteau
and
C.
Carlone
,
Phys. Rev. B
41
,
5227
(
1990
).
50.
W.
Albers
,
C.
Haas
,
H. J.
Vink
, and
J. D.
Wasscher
,
J. Appl. Phys.
32
,
2220
(
1961
).
51.
O.
Madelung
,
Semiconductors: Data Handbook
, 3rd ed. (
Springer
,
New York
,
2004
), p.
578
.
52.
D. E.
Aspnes
, in
Handbook of Optical Constants of Solids
, edited by
E. D.
Palik
(
Academic
,
Orlando
,
1985
), Vol.
I
, p.
89
.
53.
L.
Makinistian
and
E. A.
Albanesi
,
Phys. Status Solidi B
246
,
183
(
2009
).
54.
G.
Valiukonis
,
D. A.
Guseinova
,
G.
Krivaité
, and
A.
Sileika
,
Phys. Status Solidi B
135
,
299
(
1986
).
55.
A.
Savitzy
and
M. J. E.
Golay
,
Anal. Chem.
36
,
1627
(
1964
).
56.
M.
Cardona
,
Modulation Spectroscopy, Suppl. 11 of Solid State Physics
(
Academic
,
New York
,
1969
), p
119
.
57.
D. E.
Aspnes
, in
Handbook of Semiconductors
, edited by
M.
Balkanski
(
North-Holland
,
Amsterdam
,
1980
), Vol.
2
, p.
109
.
58.
F.
Lukes
,
J.
Humlicek
, and
E.
Schmidt
,
Solid State Commun.
45
,
445
(
1983
).
You do not currently have access to this content.