Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les matériaux luminescents émettent de la lumière colorée après avoir absorbé de l’énergie d’une source excitatrice. Ce sont des convertisseurs d'énergie dans le domaine des fréquences optiques. On les emploie pour l'éclairage, la visualisation et ils seront utilisés dans les cellules solaires de demain. L’objectif de cet article est d’expliquer les processus physiques impliqués dans le phénomène de luminescence, comment on les étudie et quelles sont les nouvelles propriétés que l’on cherche à exacerber, compte tenu des nouvelles applications envisagées. Une première partie sera consacrée aux processus de base, puis une seconde aux méthodes de synthèse et de caractérisation et la fin de l’article sera consacrée aux applications dans le domaine de l’éclairage et des cellules solaires
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Bernard MOINE : Directeur de recherche au CNRS - Docteur ès Science physique - Institut Lumière Matière - UMR 5306 du CNRS, Lyon 1, France
INTRODUCTION
En ce qui concerne les applications des luminophores, de nouvelles technologies d'affichage et d'éclairage comme les écrans électroluminescents, les écrans à plasma et les écrans à micropointes, les lampes fluorescentes sans mercure, les diodes électroluminescentes (DEL) ont été, depuis les années 1990, à l'origine de recherches de nouveaux matériaux plus performants que ceux disponibles auparavant sur le marché. Les applications classiques qui utilisent les luminophores peuvent être classées en quatre catégories :
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les sources de lumière que sont les lampes fluorescentes ou les DEL ;
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les écrans d'affichage ;
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les détecteurs de rayons X ;
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l'ensemble des applications de marquage comme les peintures phosphorescentes, les marquages de timbres ou de billets de banque, etc.
De plus, des recherches se sont développées depuis quelques années pour intégrer des luminophores aux cellules solaires afin d'en accroître le rendement de conversion lumière/courant.
Il ne s'agit pas de dresser dans cet article une liste exhaustive de matériaux luminescents avec leurs caractéristiques (ce qui serait fastidieux) mais plutôt d'expliquer les processus physiques impliqués dans le phénomène de luminescence, comment on les étudie et quelles sont les nouvelles propriétés que l'on cherche à exacerber, compte tenu des nouvelles applications développées. Nous limiterons nos propos aux matériaux inorganiques bien qu'il existe des matériaux organiques fluorescents (fluorophores) principalement utilisés en biochimie et dans le domaine médical. Nous ne parlerons pas non plus des « quantum dots » (nanocristaux de semi-conducteurs) dont les émissions lumineuses trouvent des applications dans des domaines très variés (éclairage, photovoltaïque, biologie). Ils font, depuis une dizaine d'années, l'objet de nombreuses études et nécessiteraient un article à eux seuls. Le but de cet article est de montrer comment sélectionner les matériaux, les ions luminescents et leur comportement en fonction de la source excitatrice utilisée pour une application donnée.
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Nouveaux processus optiques pour accroître l'efficacité lumineuse
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6. La luminescence au service du photovoltaïque (PV)
L'industrie photovoltaïque connaît depuis quelques années une accélération des investissements de production de cellules et modules photovoltaïques (plus de 3 500 MW-crête de capacité cumulée fin 2007, dont plus de 85 % avec le silicium cristallin, et une montée en charge croissante des couches minces type CIS ou CdTe), visant à réduire principalement les coûts de fabrication en vue d'offrir sur le réseau public une offre de fourniture électrique alternative compétitive à moyen terme. L'augmentation du rendement des cellules photovoltaïques est une constante pour l'industrie du photovoltaïque (PV) dans le monde entier. Aujourd'hui, le coût de l'énergie électrique issue du PV est encore trop élevé. Il est de l'ordre de 0,13 e/kWh comparé à 0,003 e/kWh pour l'électricité d'origine nucléaire.
L'énergie solaire qui inonde la Terre chaque année correspond à 10 000 ans d'énergie fossile au rythme de la consommation mondiale actuelle. Cependant, générer une fraction significative de la demande énergétique grâce à des cellules PV est un véritable challenge qui implique de fortement augmenter le rendement de ces dernières tout en réduisant leur coût de production. Un des problèmes majeurs dans les capteurs photovoltaïques reste l'exploitation du spectre solaire et l'optimisation de la conversion de l'énergie des photons.
Actuellement, une des principales limites au rendement des cellules PV est l'inadéquation entre le spectre du rayonnement incident et les pectre d'absorption de la cellule PV (figure 19) . Parmi les différentes solutions proposées pour obtenir un meilleur couplage entre le spectre d'illumination du soleil et la réponse du capteur PV, une approche encore peu développée consiste à modifier le spectre d'illumination plutôt que de chercher à adapter au mieux le capteur PV au spectre reçu. Un capteur solaire doit pouvoir fonctionner de façon optimale dans le visible où se trouve la majeure partie de l'énergie disponible, mais il devrait...
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La luminescence au service du photovoltaïque (PV)
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SHIONOYA (S.), YEN (W.M.) - Phosphor handbook. - CRS Press LLC ed. (1999).
-
(2) - VALEUR (B.) - La couleur dans tous ses éclats. - Belin : Pour la science (2011).
-
(3) - BERTHIER (S.) - Iridescences : les couleurs physiques des insectes. - Springer (2003).
-
(4) - TANABE (Y.), SUGANO (S.) - * - J. Phys. Soc. Jpn., 9(5), p. 753 (1954) ; ibid 766 ; J. Phys. Soc. Jpn., 11(8), p. 864 (1954).
-
(5) - DIEKE (G.H.) - Spectra and energy levels of rare-earth ions in crystals. - Interscience Publishers, 401 p. (1968).
-
(6) - BLASSE (G.), GRABMAIER (B.C.) - Luminescent materials. - Springer-Verlag, 232 p. (1994).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Association française de l'éclairage http://www.afe-eclairage.com.fr
Système d'information géographique photovoltaïque – carte interactive https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/fr/IP_07_447 (consulté le 28 avril 2014)
Cellule photovoltaïque http://fr.wikipedia.org/wiki/Photoélectricité (consulté le 28 avril 2014)
Portail Solaire : annuaire de l'énergie solaire en France http://www.portail-solaire.com
HAUT DE PAGE2.1 Quelques laboratoires ou centres de recherche (liste non exhaustive)
Institut national de l'énergie solaire http://www.ines-solaire.org
Institut de recherche et développement sur l'énergie photovoltaïque (IRDEP) http://www.irdep.cnrs-bellevue.fr
Laboratoire de physique des interfaces et couches minces http://www.lpicm.polytechnique.fr
Institut d'électronique du solide et des systèmes http://www.iness.c-strasbourg.fr
Institut...
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