Guides d’onde luminescents. Du fluorophore à la matrice

Le guide d’onde est un dispositif optique couramment utilisé dans la technologie laser. Ses propriétés physiques permettent de guider et concentrer le flux lumineux qui le traverse. Cette capacité à propager la lumière, par exemple au sein d’une fibre laser, repose sur une différence d’indice de réfraction entraînant une réflexion totale interne. Différentes configurations géométriques ont été étudiées : fibre ou plaque. Les paramètres géométriques ont été analysés afin de mettre en exergue leur influence sur les propriétés optiques. Par exemple, on peut facilement voir que les interactions internes au guide d’onde sont différentes si on se trouve dans une configuration macroscopique (épaisseur de l’ordre du centimètre) ou microscopique (épaisseur de l’ordre du micromètre).

L’intérêt pour ces guides d’onde croît de jour en jour dans le domaine du photovoltaïque. À l’heure actuelle, toutes les technologies solaires présentent des lacunes d’absorption sur le spectre solaire. Cette limite physique est intrinsèque aux propriétés des matériaux constituants la cellule solaire. Par exemple, le matériau absorbeur, qui a pour rôle de convertir l’énergie lumineuse en une paire d’électron-trou, est performant sur une gamme lumineuse précise. Couramment ces matériaux absorbent fortement la lumière visible qui représente 46 % de l’énergie totale émise par le Soleil. Le reste de l’énergie se trouve dans l’infrarouge et l’ultraviolet. Ces domaines ne sont pas exploités de manière efficace par les cellules solaires. De nos jours, seules les cellules à hétérojonction permettent d’élargir le champ d’absorption sur le spectre solaire grâce à la combinaison de différents absorbeurs. Les guides d’ondes luminescents sont donc une alternative permettant de pallier ce problème d’absorption de photons dans des domaines non accessibles par les matériaux absorbeurs.

Les guides d’ondes luminescents sont principalement utilisés pour exploiter les photons se trouvant dans le domaine ultraviolet. L’utilisation de matériaux fluorophores permet aux guides d’onde de transférer l’énergie des UV vers la gamme d’absorption de la cellule solaire grâce à l’effet de glissement spectral. De nombreux fluorophores ont cette capacité de transférer une énergie selon différents modes : down shifting, down conversion, up conversion. La conversion par down sifting fait intervenir des mécanismes physiques différents selon le type de matériau. Le choix de la matrice de soutien est également un point important dans l’élaboration d’un guide d’onde.