Dans cette thèse nous évaluons la concentration optique sur cellules photovoltaïques micrométriques et nanométriques sans système de suivi de Soleil. Cette étude a deux objectifs principaux. La première partie est dédiée à l’évaluation de la faisabilité de la concentration optique sur des microcellules à base de Cu(In,Ga)Se2 via un concentrateur luminescent (LSC). Le LSC est bas-coût, concentre la lumière directe et diffuse, et est non imageant, ce qui très avantageux pour la concentration sur microcellules. Néanmoins, la sensibilité extrême aux non-idéalités explique la différence entre les performances théoriques et expérimentales. Un code de simulation est développé pour analyser ce système et ses mécanismes de perte. Un nouveau formalisme basé sur des données statistiques est proposé pour décrire les propriétés du LSC. Le couplage LSC/microcellules est effectué expérimentalement et des pistes d’amélioration explorées. La seconde partie tire profit de la fonction de conversion spectrale des LSC et développe un nouveau concept de nano-antenne photovoltaïque mono-résonant à base d’InP. Des simulations optiques montrent qu’un rendement de conversion de 10.7% peut être atteint avec une épaisseur moyenne d’absorbeur de moins de 20 nm. Les étapes technologiques de fabrication sont identifiées et réalisées en salle blanche. Le fort ratio surface/volume nous a amené à étudier la passivation de l’InP par du polyphosphazène. Des mesures de luminescence montrent que la surface est stabilisée durablement. Les résultats de cette thèse démontrent que le couplage nano-photonique / LSC est prometteur, alliant de très faibles volumes à d’excellentes efficacités optiques. / In this thesis we explore light concentration on nano and micro photovoltaic cells without Sun tracking. This study has two main aims. The first part is dedicated to the evaluation of light concentration feasibility on Cu(In,Ga)Se2-based microcells with luminescent solar concentrator (LSC). LSC is cheap, allows both direct and diffuse light concentration and is non imaging, making it advantageous for microcells concentration. Yet, the extremely high sensitivity to non ideality explains the gap between theoretical and real systems. A simulation code is developed to analyze the system and its loss mechanisms. A new formalism based on statistical data is proposed to describe LSC properties. LSC and microcells coupling is experimentally achieved and improving tracks investigated. The second part takes advantage of the LSC down-shifting effect to propose a new mono-resonant InP-based photovoltaic nano-antenna. Optical modeling on this new device shows that 10.7 % efficiency can be obtained with an absorber averaged thickness lower than 20 nm. Technological process steps to fabricate this device are identified and realized in a clean-room environment. The high ratio surface over volume leads us to study InP passivation through a mono-atomic polyphosphazen film. Luminescent measurements show that passivated InP surface is long-term stabilized. The results of this thesis demonstrate that nano-photonic / LSC coupling is promising, enabling high optical efficiency in extremely low volume.

Depuis le début des années 2000, les performances des LED ne cessent de s'améliorer et permettent l'ancrage de cette technologie dans de nombreux domaines d'applications. Stimulées par le marché de l'éclairage, les LED présentent une longue durée de vie et une grande robustesse pour un prix par watt optique défiant toute concurrence. Pour améliorer leur luminance, les LED peuvent être couplées à des concentrateurs luminescents.La première partie de cette thèse expose la mise au point des premiers concentrateurs luminescents dans SWIR (gamme 1,2-2,5 µm où les LED sont peu efficaces). Nous montrons que la luminance des concentrateurs luminescents dans le SWIR dépasse celle des LED d'un ordre de grandeur. Elle rend possible la détection de l'eau dans l'industrie agroalimentaire ainsi que l'inspection de wafers de silicium. Dans le visible, les performances des concentrateurs luminescents (luminance, spectre, prix, régime de fonctionnement) offrent une combinaison unique des avantages des lampes flash et des diodes laser. La seconde partie de cette thèse explore la possibilité d'utiliser ces concentrateurs luminescents pour pomper des lasers solides. Cette étude démontre la compatibilité de ce nouveau type de pompage avec les cristaux dopés aux métaux de transition, incontournables dans le domaine des lasers ultra-courts. Pour la première fois, un effet laser en régime relaxé est obtenu via le pompage par LED du Cr:LiSGaF, du Cr:LiSAF, de l’alexandrite, et du Ti:saphir. Ces premières démonstrations ouvrent la voie à des systèmes laser basés sur le pompage par LED. Plusieurs systèmes sont mis en place tels que des oscillateurs lasers en régime déclenché (Q-switch et cavity-dump) faisant l'objet de conversions de fréquence, et des amplificateurs d'impulsions laser. / Since the beginning of the 2000s, LED's performance have known dramatic improvements which enable this technology to settle down in numerous application areas. Driven by the lighting market, LED are characterized by their long lifetime, their ruggedness, and their low cost per emitted optical watt. In order to go beyond LED's brightness, they can be coupled to luminescent concentrators.The first part of this work exposes the development of the first luminescent concentrator in the short-wave infrared (or SWIR corresponding to the 1.2-2.5 µm band where LED have very low powers). This work shows that the brightness of the luminescent concentrators in the SWIR exceeds by one order of magnitude LED's brightness in the same spectral range. This light source allows water detection for the agrifood industry and the inspection of silicon wafers for microelectronics. In the visible, the performance of luminescent concentrators (brightness, spectrum, price, mode of operation) offer a unique trade-off between flashlamps and laser diodes. The second part of this work investigates the use luminescent concentrators emitting in the visible to pump solid-state lasers. The compatibility of this new pumping concept is attested with transition-metals-doped crystals, cornerstone of ultrafast laser sources. For the first time, laser oscillations in free-running operation are obtained by LED-pumping of Cr:LiSGAF, Cr:LiSAF, alexandrite and Ti:sapphire. These early results open the way to LED-pumped laser systems. Several systems are implemented such as laser oscillators in pulsed operation (Q-switch and cavity dump) followed by frequency conversions and laser pulses amplifiers.