La plupart des photons solaires absorbés par une cellule photovoltaïque communiquent plus d’énergie que nécessaire aux électrons du matériau semi-conducteur, les transformant en électrons « chauds ». Ce trop-plein d’énergie est rapidement dissipé au profit des vibrations du réseau semi-conducteur (phonons). Le rêve des scientifiques serait de récupérer la totalité de cette énergie avant sa dissipation.
Des chercheurs japonais ont étudié expérimentalement la « relaxation » des électrons chauds dans de l’arséniure de gallium, par spectroscopie de photoémission résolue en angle, en temps et en énergie.
Une équipe du Laboratoire des solides irradiés a pu interpréter avec succès leurs résultats grâce à un nouveau modèle développé avec l’Université Paris 6. Celui-ci décrit le couplage électron-phonon ab initio et permet de calculer avec une très grande précision les temps de vie électroniques. Les physiciens montrent ainsi que la relaxation des électrons se produit en deux temps. Le premier très rapide, de quelques dizaines de femtosecondes (10-15 s), correspond à de la diffusion sans perte d’énergie et le second, dix fois plus lent, à un transfert d’énergie des électrons aux phonons.
Ce travail est le fruit d’une collaboration avec les Universités Paris 6, La Sapienza de Rome et d’Osaka (Japon).