Matériaux luminescents pour l'éclairage et le photovoltaïque : Dossier complet | Techniques de l’Ingénieur

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Matériaux organiques pour diodes électroluminescentes et lasers

Article de référence | Réf : E6357 v1

Matériaux luminescents pour l'éclairage et le photovoltaïque

Auteur(s) : Bernard MOINE

Date de publication : 10 oct. 2014

Relu et validé le 16 juin 2017

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Guides d’onde luminescents. Du fluorophore à la matrice

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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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ABSTRACT

Luminescent materials for lighting and photovoltaic devices

Luminescent materials emit coloured light after they have absorbed the energy of a source of excitation. They are energy converters in the range of the optical frequencies. Their main applications are lighting devices and display screens. They will be used in the future solar cells. The aim of this article is to explain the physical processes involved in the luminescence phenomenon, how they are studied and what are the new properties which need to be exacerbated for the considered new applications. The first part deals with the basic luminescence processes, the second part explains the synthesis and characterisation methods and the last part describes their usefulness for lighting and solar cells

Auteur(s)

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 :

les sources de lumière que sont les lampes fluorescentes ou les DEL ;
les écrans d'affichage ;
les détecteurs de rayons X ;
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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MOTS-CLÉS

luminescence | transfert d'énergie | éclairage | photovoltaïque

KEYWORDS

luminescence | energy transfer | lighting | photovoltaics

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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

1 Sites Internet
2 Annuaire
1. 2.1 Quelques laboratoires ou centres de recherche (liste non exhaustive)

1 Sites Internet

Association française de l'éclairage http://www.afe-eclairage.com.fr

Système d'information géographique photovoltaïque – carte interactive http://re.jrc.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php (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 PAGE

2 Annuaire

HAUT DE PAGE

2.1 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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