Jan Buiting

Déformer la lumière pour améliorer le rendement des LED et des cellules solaires

21 mai 2016, 10:50
Mesure par microscopie de fluorescence de la densité énergétique d’une lame de matériau dispersif constitué de particules de ZnO.
Mesure par microscopie de fluorescence de la densité énergétique d’une lame de matériau dispersif constitué de particules de ZnO.
Lorsqu’un rayon lumineux rencontre la surface d’un milieu dispersif, une partie des photons est réfléchie tandis que l’autre pénètre jusqu’à une certaine profondeur. Dans cette couche d’une vingtaine de nanomètres, les photons se comportent comme des conducteurs d’auto-tamponneuses ivres, changeant constamment de direction, zigzaguant et heurtant de nombreux atomes avant de finir soit écrasés, plus précisément absorbés, soit éjectés de la piste, c’est-à-dire réémis vers l’extérieur.
 
L’étude théorique de ce ballet brownien montre que la densité d’énergie des photons suit toujours la même courbe : elle augmente rapidement sur une courte distance, par exemple jusqu’à 2 nm de profondeur, puis diminue régulièrement jusqu’à zéro sur une plus grande longueur, par exemple 16 nm. Des chercheurs de l’université néerlandaise de Twente ont trouvé une technique pour déplacer le pic de cette courbe vers la droite, autrement dit ont réussi à « pousser la densité énergétique vers le fond ».
 
Contrairement à ce que l’on pourrait imaginer, ce n’est pas le matériau lui-même que les chercheurs ont modifié mais la forme d’onde de la lumière incidente, grâce à une technique de « déformation du front d’onde ». Si l’astuce est difficile à comprendre pour les non-physiciens, ses applications possibles sont plus claires : selon les scientifiques, cette technique permettrait d’améliorer le rendement des LED blanches, des cellules solaires, ou encore des lasers aléatoires (sans cavité optique).
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