Le photovoltaïque, la conversion de la lumière en électricité, est une technologie clé pour l’énergie sturdy. Depuis l’époque de Max Planck et d’Albert Einstein, nous savons que la lumière ainsi que l’électricité sont quantifiées, ce qui signifie qu’elles se présentent sous la forme de minuscules paquets appelés photons et électrons. Dans une cellule solaire, l’énergie d’un seul photon est transférée à un seul électron du matériau, mais pas additionally d’un. Seuls quelques matériaux moléculaires comme le pentacène font exception, où un photon est converti en deux électrons à la put.
“Lorsque le pentacène est excité par la lumière, les électrons du matériau réagissent rapidement”, explique le professeur Ralph Ernstorfer, auteur principal de l’étude. “C’était une problem ouverte et très controversée de savoir si un photon excite deux électrons directement ou initialement un électron, qui partage ensuite son énergie avec un autre électron.”
Pour percer ce mystère, les chercheurs ont utilisé la spectroscopie de photoémission résolue en temps et en angle, une procedure de pointe pour observer la dynamique des électrons à l’échelle de temps femtoseconde, soit un milliardième de millionième de seconde. Cette caméra à électrons ultra-rapide leur a permis de capturer pour la première fois des images des électrons excités fugaces.
“Voir ces électrons était critical pour déchiffrer le processus”, explique Alexander Neef, de l’Institut Fritz Haber et leading auteur de l’étude. “Un électron excité a non seulement une énergie spécifique, mais se déplace également selon des schémas distincts, appelés orbitales. Il est beaucoup as well as facile de distinguer l’électron si nous pouvons voir leurs formes orbitales et remark celles-ci changent avec le temps.”
Avec les visuals du film d’électrons ultrarapides à portée de main, les chercheurs ont décomposé pour la première fois la dynamique des électrons excités en fonction de leurs caractéristiques orbitales. “Nous pouvons maintenant dire avec certitude qu’un seul électron est excité directement et identifié le mécanisme du processus de dédoublement de l’excitation”, ajoute Alexander Neef.
Connaître le mécanisme de la fission des excitons est essentiel pour l’utiliser pour des applications photovoltaïques. Une cellule solaire en silicium améliorée avec un matériau doublant l’excitation pourrait augmenter d’un tiers l’efficacité du solaire à l’électricité. Une telle avancée pourrait avoir d’énormes impacts puisque l’énergie solaire sera la principale resource d’énergie du futur. Aujourd’hui déjà, d’importants investissements sont consacrés à la construction de ces cellules solaires de troisième génération.
