La présente invention se rapporte au domaine de la modulation de la lumière solaire.

La lumière solaire présente un spectre électromagnétique large, lequel dépend des conditions météorologiques, du moment de la journée et du lieu, mais comporte principalement de la lumière ultra-violette ou UV, dont la longueur d'onde est comprise entre 280 nm 400 nm, de la lumière visible allant du bleu au rouge, et dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 700 nm, ainsi que des infrarouges, de 700 nm à 1400 nm et plus.

Les plantes terrestres et les microalgues englobant les organismes photosynthétiques microscopiques aquatiques, réalisent la conversion de la lumière solaire en matière organique par le mécanisme de la photosynthèse. La matière organique obtenue peut être utilisée à des fins alimentaires, comme matériau renouvelable, comme source de molécules ou comme source d'énergie et notamment de biocarburants.

Divers procédés et dispositifs ainsi que des matériaux ont été décrits qui offrent la possibilité de modifier certaines caractéristiques du rayonnement solaire avant sa conversion par un procédé photosynthétique quelconque.

Ainsi, l'objet de la demande WO/2010/086310 concerne une installation de culture de microalgues comprenant une enceinte contenant un milieu de culture et des microalgues, ainsi qu'un moyen de conversion lumineuse par luminescence interposé entre une source d'éclairage et lesdites microalgues ou placé au sein du milieu de culture. La luminescence désigne, les effets, tels que la fluorescence ou la phosphorescence qui conduisent à l'émission d'un photon d'énergie Ej, après absorption d'un photon de plus grande énergie Ei.

Dans un mode de réalisation, le moyen de conversion lumineuse par luminescence est constitué par un substrat transparent recevant la lumière solaire, ledit substrat contenant au moins deux composés photoluminescents interagissant optiquement afin de réémettre un rayonnement dont le spectre est enrichi énergétiquement par rapport au spectre solaire dans les longueurs d'onde les plus favorables à la photosynthèse desdites microalgues. L'enceinte est réalisée dans un matériau transparent comportant une matrice polymérique et deux types de composés organiques luminescents, Les deux types de composés organiques luminescents présentent respectivement un spectre d'absorption et un spectre d'émission, et le spectre d'émission de l'un des deux types de composés organiques luminescents chevauche le spectre d'absorption de l'autre composé organique luminescent. Les deux spectres, correspondant à deux courbes d'intensité d'un rayonnement en fonction de la longueur d'onde, présentent une surface de recouvrement.

Le dispositif ainsi décrit réalise une transformation de la lumière solaire lorsqu'elle traverse le matériau transparent qui est favorable à la croissance des microalgues et permet ainsi d'améliorer la productivité surfacique en biomasse d'algues.

Toutefois, il est nécessaire de fournir des matériaux de modulation permettant d'améliorer le décalage du rayonnement solaire incident vers de plus grande longueur d'onde de manière à favoriser notamment le mécanisme photosynthétique.

Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un matériau de modulation de la longueur d'onde de la lumière solaire permettant non seulement une meilleure efficacité du décalage spectral du rayonnement réémit, mais également un décalage plus important vers les plus grandes longueurs d'onde.

Dans ce but, la présente invention propose un matériau de modulation de la longueur d'onde de la lumière solaire comportant une matrice polymérique et au moins deux types de composés organiques luminescents, lesdits au moins deux types de composés organiques luminescents présentant respectivement un spectre d'absorption et un spectre d'émission, le spectre d'émission de l'un desdits au moins deux types de composés organiques luminescents chevauchant le spectre d'absorption de l'autre desdits au moins deux types de composés organiques luminescents. Selon invention, le matériau de modulation comprend en outre, des nanoparticules incorporées à l'intérieur de ladite matrice polymérique, et lesdites nanoparticules contiennent lesdits au moins deux types de composés organiques luminescents. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en œuvre de nanoparticules auxquelles on relie au moins deux types de composés organiques luminescents dont les spectres d'émission et d'absorption respectifs se chevauchent avec un recouvrement au moins partiel. De la sorte, compte tenu de la taille des nanoparticules, les molécules de composés organiques luminescents des deux types sont statistiquement situées proches les unes des autres, et partant, le phénomène de transfert d'énergie par résonnance est favorisé, Ce type de transfert d'énergie, dit de type Fôrster, est communément dénommé FRET, acronyme de « Fôrster résonance energy transfert », et il correspond à un transfert d'énergie non radiatif entre deux composés organiques luminescents. Ce phénomène se produit d'une part, lorsque les molécules respectives des deux composés organiques luminescents sont situées au voisinage les unes des autres, et d'autre part lorsque le spectre démission des molécules du composé donneur recouvre au moins partiellement le spectre d'absorption des molécules de l'accepteur.

Quelques dizaines de pigments organiques connus, ou composés organiques luminescents, bénéficient d'un très bon rendement quantique, souvent supérieur à 0,90 et usuellement supérieur à 0,95. Ils présentent de très bonnes absorptivités molaires, et sont facilement intégrables seuls dans de nombreux plastiques. Leurs spectres d'absorption et d'émission sont bien répertoriés dans la littérature et dans les documentations techniques des fabricants. Toutefois, le spectre d'absorption d'un pigment organique individuel n'est pas très large et ne correspond qu'à une faible portion du spectre solaire, typiquement 30-100 nm. Plus généralement, en couplant au moins deux types de composés organiques luminescents, de manière à ce que le spectre de réémission du premier chevauche le spectre d'absorption du second, on élargit la plage spectrale entre la longueur d'absorption et la longueur d'onde d'émission de la paire de composés organiques luminescents. Cela permet également de limiter les pertes par auto-absorption.

Par ailleurs, et en comparaison avec l'art antérieur, le procédé selon l'invention permet une augmentation de la durabilité des dispositifs de modulation spectrale de la lumière solaire. Plus généralement, le matériau de modulation de la lumière solaire selon l'invention apporte une amélioration de l'efficacité de modification du spectre solaire ainsi qu'une amélioration de la stabilité des composés luminescents dans la matrice et donc une amélioration des performances techniques des systèmes photovoltaïques ou photosynthétiques utilisant lesdits matériaux. En effet, les pigments, ou composés organiques photoluminescents, ont généralement une stabilité insuffisante pour une utilisation dans des systèmes photovoltaïques qui doivent avoir une durée de vie de 20 ans ou plus. Concernant les films agricoles, destinés notamment aux serres, le plastique le plus couramment utilisé est le polyéthylène de sigle PE, et il est connu que les pigments organiques ne sont pas stables, dans le PE, pas plus de quelques semaines ou mois en raison notamment de phénomènes d'oxydation et d'hydrolyse.

De plus, Le procédé selon l'invention permet un réglage fin des caractéristiques spectrales de la lumière réémise, et par rapport à l'art antérieur, un élargissement du spectre d'absorption.

Selon les caractéristiques de l'invention, lesdites nanoparticules sont des nanoparticules de silice. Dans un mode de réalisation particulier, lesdites particules présentent l'avantage de pouvoir être poreuses et ainsi, de pouvoir accepter les composés organiques luminescents à l'intérieur. Alternativement, il est possible de greffer les composés organiques luminescents à la surface des nanoparticules. De la sorte, grâce à une grande surface spécifique de ces nanoparticules, de grandes quantités de composés organiques luminescents peuvent être greffées par nanoparticules, ce qui augmente la probabilité d'apparier les composés organiques des deux types. De préférence, le diamètre des nanoparticules est compris entre 2.10 ^"8 mètre et 2.10 ^"6 mètre, préférentiellement entre 2.10 ^"8 mètre et 2.10 ^"7 mètre. Lorsque les nanoparticules sont poreuses, le choix d'un large diamètre ne présente aucune difficulté, car les pores peuvent conserver une dimension de l'ordre de la dizaine de nanomètres, et partant, la probabilité pour que les composés organiques des deux types soient appariés reste grande au sein des mêmes pores ou de pores voisins l'un de l'autre.

S'agissant des types de composés organiques luminescents, ils sont préférentiellement choisis parmi les composés suivants : anthraquinones, coumarines, bore-dipyrométhène, benzocoumarines, xanthènes, benzo[a]xanthènes, benzo[b]xanthènes, benzo[c]xanthènes, phénoxazines, benzo[a]phénoxazines, benzo[b]phénoxazines , benzo[c]phénoxazines, napthalimides, naphtholactames, azlactones, méthines, oxazines, thiazines, dicetopyrrolopyrroles, perylènes, quinacridones, benzoxanthenes, thio- epindolines, lactamimides, diphenylmaleimides, acetoacetamides, imidazothiazines, benzanthrones, perylenmonoimides, perylènes, phthalimides, benzotriazoles, pyrimidines, pyrazines, triazoles, dibenzofuranes, triazines, acide barbiturique et ses dérivés. D'autres composés organiques luminescents seront donnés dans la description détaillée et ils seront classés selon leur longueur d'onde d'émission.

Selon un mode de mise en œuvre de l'invention particulièrement avantageux, le spectre d'émission dudit un desdits au moins deux types de composés organiques luminescents chevauche le spectre d'absorption dudit autre desdits au moins deux types de composés organiques luminescents selon un recouvrement supérieur à 40%. Grâce à cette valeur du recouvrement des spectres, doublée du rapprochement des composés organiques luminescents des deux types les uns des autres, le transfert d'énergie est grandement favorisé. De la sorte, les photons incidents de relativement faible longueur d'onde, interférant avec les composés organiques appariés, provoquent la réémission d'un photon d'une longueur d'onde plus grande que les systèmes selon l'antérieur, et permettant d'obtenir une meilleure efficacité d'un système photosynthétique. Des problèmes de même nature, que résout l'invention, se retrouvent dans le domaine de la production d'électricité photovoltaïque comme on expliquera plus en détail ci-après. Car en effet, la courbe de l'efficacité quantique externe (EQE) des panneaux solaires n'est pas celle d'une constante, et les panneaux en silicium cristallin, par exemple, sont plus efficaces dans des longueurs d'ondes proches de la bande interdite de ce semi-conducteur que dans les UV ou dans le bleu.

En outre, les spectres d'absorption et d'émission de chacun desdits types de composés organiques luminescents présentent, avantageusement, un chevauchement inférieur à 10%. De la sorte, les pertes par auto-absorption sont faibles contrairement aux composés organiques, ou pigments organiques, qui présentent des chevauchements significatifs entre leurs spectres d'absorption et d'émission.

Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, le matériau comprend en outre un autre type de composés organiques luminescents présentant un autre spectre d'absorption et un autre spectre d'émission, et le spectre d'émission dudit autre desdits au moins deux types de composés organiques luminescents chevauche le spectre d'absorption dudit autre type de composés organiques luminescents. Cela permet d'élargir plus encore la plage spectrale entre le spectre d'absorption et le spectre de réémission des photons.

Selon une première variante de réalisation, la matrice polymérique est réalisée, en polyméthacrylate de méthyle, en polycarbonate, en polychlorure de vinyle ou en silicone, Ainsi, le matériau de modulation incluant une telle matrice polymérique, permet de réaliser des dispositifs de conversion photovoltaïque. Lorsque la matrice polymérique est en silicone, elle est initialement mise en œuvre sous forme liquide puis elle durcie en présence d'un agent catalyseur. Le matériau de modulation est alors adapté à l'encapsulation de modules photovoltaïques.

Ainsi des matériaux encapsulants pour cellules solaires, en silicium par exemple, dopés avec des substances luminescentes liées à des nanoparticules, permettent, par effet de « down-conversion », de convertir certains photons en des photons de longueur d'onde plus grande et plus proche de la bande interdite, « bandgap » en anglais, du semi-conducteur, et de compenser la dépendance spectrale du rendement quantique externe, ou EQE pour l'acronyme de « External Quantum Efficiency », tout en limitant les pertes liées au phénomène de thermalisation. En effet, les cellules solaires présentent généralement de faibles efficacités de conversion aux basses longueurs d'ondes, comprise entre 280 et 500 nm, et leur rendement décroit lorsque la température augmente.

Les cellules solaires, permettent de convertir la lumière solaire en électricité. Elles peuvent être réalisées par exemple, en silicium amorphe, mono ou polycristallin, des couches minces (CdTe, CIGS, ... ), des composés organiques, des polymères ou autres matériaux présentant un effet photovoltaïque. Les cellules solaires sont généralement intégrées dans des systèmes appelés modules qui permettent de protéger les cellules et de récupérer le courant continu obtenu.

Selon une deuxième variante, l'invention concerne un matériau d'encapsulation de module photovoltaïque modulant la longueur d'onde de la lumière solaire, et il est constitué d'une matrice polymérique formée d'un film d'une épaisseur comprise entre 200 pm et 1000 pm de l'un des types suivants : éthylène-acétate de vinyle (EVA), polyoléfines polyméthacrylate de méthyle (PMMA) élastomère, polyuréthane, polyamide, éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), polytétrafluoroéthylène (PTFE). Dans cette variante, le film considéré peut être disposé au-dessous et au-dessus des cellules solaires, l'ensemble étant placé entre une plaque avant en verre dite « frontsheet » et une plaque arrière, par exemple constitué de Tediar®, et cet empilement à 5 couches étant alors laminé avec un programme de vide, pression et température connu de l'homme du métier.

Lorsque la matrice polymérique est réalisée dans un matériau plus rigide, tel le polyméthacrylate de méthyle, ou le polycarbonate, le matériau de modulation est approprié pour réaliser les « frontsheet » ou « backsheet » des modules photovoltaïques. La matrice polymérique peut également avantageusement être réalisée dans un matériau de type, polycarbonate ou polychlorure de vinyle, et façonnée sous forme de plaques. Ces matériaux sont également adaptés pour réaliser des couvertures rigides de serre ou encore des tubes de photo-bioréacteurs.

Selon une troisième variante de réalisation, la matrice polymérique est réalisée, en polyéthylène basse densité, en polyéthylène haute densité, en éthylène-acétate de vinyle, en polyéthylène éthylène-acétate de vinyle ou en polychlorure de vinyle. Ainsi, le matériau de modulation est apte à être façonné pour réaliser un film de conversion photosynthétique, par exemple d'une épaisseur comprise entre 50 microns et 500 microns. Ce type de films est adapté à la réalisation de serres agricoles, pour la culture des végétaux, ou bien de serres ou de sacs êtanches destinés à la culture d'algues, et en particulier, les microalgues. Ces dernières englobent n'importe quelle espèce d'organisme photosynthétique microscopique aquatique telle que, des microalgues, des cyanobactéries ou des angiospermes microscopiques.

Le matériau de modulation de la lumière décrit ci-dessus est adapté à toute structure pour culture photosynthétique, que ce soit pour réaliser la couverture d'un espace ou bien une enceinte fermée.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à (a lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif.

La présente invention concerne de nouveaux matériaux et des applications de ces matériaux à des dispositifs de modulation de la lumière solaire obtenus ainsi que des méthodes de mise en œuvre de ces dispositifs. Les matériaux en question permettent d'améliorer l'utilisation de l'énergie solaire incidente soit dans des convertisseurs photovoltaïques incorporant des cellules solaires, soit dans des systèmes permettant d'augmenter l'activité photosynthétique, pour des algues ou les plantes cultivées dans des serres agricoles.

L'invention met en œuvre un nouveau type de matériau de modulation de la lumière solaire comportant une matrice polymérique et des nanoparticules incorporées à l'intérieur de ladite matrice polymérique, lesquelles nanoparticules contiennent au moins deux types de composés organiques luminescents. Les deux types de composés organiques luminescents présentent respectivement un spectre d'absorption et un spectre d'émission. Le spectre d'émission de l'un des types de composés organiques luminescents chevauche le spectre d'absorption de l'autre type de composés organiques luminescents.

Les composés organiques luminescents sont incorporés à l'intérieur des nanoparticules ou bien greffées en surface. Elles peuvent y être liés par des liaisons covalentes ou bien par tout autre type de liaison, par des liaisons faibles de type Van Der Waals, par exemple, lorsqu'elles sont logées à l'intérieur des nanoparticules.

Ceci présente l'avantage d'améliorer les propriétés intrinsèques des pigments organiques, ou composés organiques luminescents, tout en conférant au matériau obtenu des propriétés nouvelles extrêmement intéressantes pour les applications de conversion de la lumière solaire visées, notamment une meilleure stabilité, une plus grande facilité d'intégration, et un meilleur rendement global de conversion optique au niveau du matériau et photovoltaïque ou photosynthétique au niveau du système dans lequel le matériau est intégré.

Dans un mode de réalisation, des nanoparticules minérales sont utilisées, par exemple des nanoparticules de silice et les composés organiques luminescents sont inclus dans les pores des nanoparticules de silice si celles-ci sont poreuses ou liés de manière covalente à la surface externe des nanoparticules de silice.

Dans un autre mode de réalisation, on utilise des nanoparticules métalliques, par exemple en or ou en argent, ou bien encore des nanoparticules constituées d'un polymère organique, par exemple le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polyéthylène (PE) ou encore le polystyrène (PS).

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les conditions de préparation des nanoparticules dopées par des composés organiques luminescents sont ajustées de manière à favoriser un transfert d'énergie par résonnance de type FRET, entre lesdits composés luminescents. Cela suppose tout d'abord que les spectres d'absorption et d'émission des composés organiques luminescents soient appropriés. Par exemple, dans le cas où l'on utilise deux composés organiques luminescents, on choisira un composé organique luminescent absorbant vers 320 - 360 nm et émettant vers 390 - 430 nm et un autre composé organique absorbant vers 400 - 440 nm et émettant vers 480 - 540 nm. De la sorte, la gamme de longueur d'onde d'absorption de l'autre composé organique est largement chevauchante avec la gamme d'émission du premier composé organique luminescent, et plus précisément, le recouvrement du spectre d'absorption de l'autre composé et du spectre démission du premier composé organique luminescent est important.

Par ailleurs, avec des adaptations de la méthode de synthèse connues de l'homme de métier, on ajuste les étapes et/ou les concentrations des composés organiques luminescents de façon à ce que des hétérodimères soient favorisés ou à ce que la distance moyenne entre deux molécules de composés organiques luminescents de type différents soit suffisamment faible au sein de la nanoparticule, par exemple entre 1 et 10 nm de manière à favoriser le phénomène de transfert d'énergie par résonance de type « Fôrster ». Plus particulièrement, sont mises en oeuvre les méthodes de synthèse permettant d'obtenir des distances entre les composés organiques luminescents de types différents voisines de un ou deux nanomètres, Il peut alors être nécessaire de tester plusieurs concentrations, pour tenir compte d'un compromis à établir avec des phénomènes, qui doivent être minimisés, d'extinction par réabsorption d'un photon émis par une molécule d'un composé organique luminescent par une deuxième molécule du même composé.

Une caractéristique de l'invention réside dans la mise en œuvre des nanoparticules, sur lesquelles on vient fixer les composés organiques luminescents de différents types, et qui permettent précisément de rapprocher les uns des autres ces composés organiques et de favoriser le phénomène de FRET.

Selon un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux, on utilise des concentrations décroissantes de composés organiques luminescents. Par exemple, si on considère trois composés organiques luminescents D1 , D2 et D3, dotés de coefficients d'absorption proches et absorbant respectivement à des longueurs d'onde croissantes λ1 , A2 et A3, on réalise des concentrations respectives C1 , C2, et C3 pour préparer les nanoparticules de silice dopées, avec C2=C1/k, et C3=C2/k, où k est compris par exemple entre 1 et 30, et de préférence compris entre 1 et 10.

De très nombreux composés organiques luminescents sont connus. Parmi les composés organiques luminescents disponibles commercialement et utilisables dans le procédé selon l'invention, on citera : les dérivés d'hostasol commercialisés par la société Clariant, les rhodamines ou bodipy et dérivés commercialisés sous la marque Alexa Fluor® ; les coumarines et dérivés ; les composé commercialisé sous la marque Lambdachromes® et les Laser Dyes par la société Sigma-AIdrich ; la série de composés commercialisés sous la marque LUMOGEN® dyes par la société BASF ; ou encore, les Laser Dyes commercialisés par la société American Dyes Source. Les différents composés sont choisis et mélangés de manière à ce que les spectres d'absorption des uns se recouvrent au moins partiellement avec les spectres d'émission des autres dans le but d'obtenir des décalages de longueur d'onde encore plus importants en bénéficiant de phénomènes d'absorptions, réémissions multiples.

Le mélange est effectué, par exemple en sélectionnant certains composés luminescents parmi chacun des groupes suivants. Un premier exemple de groupe inclut des composés organiques luminescents présentant une longueur d'onde d'émission voisine de 340 nm. Ce premier groupe comporte, par exemple, le 1 ,4-Di[2-(5-phenyloxazolyl)]benzene ; le 2,5- Diphenyloxazol ; le 4,4'-Diphenylstilbene ; et, le 3,5,3"",5""-Tetra-t-buthyl-p- quinquephenyl. Ces composés sont commercialisés sous la marque Lambdachrome® de la société Lamda Physik AG.

Un deuxième groupe inclut par exemple des composés organiques luminescents présentant une longueur d'onde d'émission comprise entre 400 nm et 460 nm. Ce deuxième groupe inclus, par exemple, le thiophenediylbis benzoxazole ; la coumarine ; ou certains dérivés de perylene, commercialisés sous les marques Lambdachrome® ou Lumogen® de la société BASF.

Un troisième groupe peut inclure des composés organiques luminescents présentant une longueur d'onde d'émission voisine de 560 nm. Ce troisième groupe comporte, par exemple, un naphtalimide, des dérivés de perylene ou l'acide o-(6-Amino-3-imino-3h-xanthen-9-yl)-benzoïque, commercialisés sous les marques Hostasole®, Lumogen®, Lambdachrome® respectivement des sociétés Clariant, BASF et Lambda Physik AG.

Un quatrième groupe inclut par exemple des composés organiques luminescents présentant une longueur d'onde d'émission comprise entre 580 nm et 640 nm. Ce quatrième groupe comporte, par exemple, un thioxanthene benzanthione, des dérivés de perylene, une Rhodamine et ethylaminoxanthene-4,4-difluoro-1 ,3,5,7-tetraphenyl-4-bora-3a,4a-diaza-s- indacene, commercialisés par les sociétés précitées.

Un cinquième groupe peut inclure des composés organiques luminescents présentant une longueur d'onde d'émission comprise entre 640 nm et 680 nm. Ce quatrième groupe comporte, par exemple le Cretsyl violet diaminobenzole, la Sulforhodamine B ou le difluoro(1-((3-(4-methyloxyphenyl)- 2H-isoindol-1-yl)methylene)-3-(4-methoxyphenyl) -1 H-isoindolato-N ¹ ,N ² )boron, commercialisés par les sociétés précitées.

Un sixième groupe peut inclure des composés organiques luminescents présentant une longueur d'onde d'émission comprise entre 700 nm et 1000 nm, Ce quatrième groupe comporte, par exemple la Rhodamine 800, la Pyridine 2 (Lambdachrome LC7300), la 3,3'-Dimethyloxatricarbocyanine, le Perc lorate de 2-(6-(4-Dimethylaminophenyl)-2,4-neopentylene-1 ,3,5-hexatrienyl)-3-methyl- benzothiamzolium, ou le difluoro(5-methoxy-1-((5-methoxy-3-(4- methoxyphenyl)-2H-isoindol-1-yl)methylene)-3-(4-ethoxyphenyl )-1 H-isoindolato- N ¹ ,N ² )boron, commercialisés par les sociétés précitées.

De préférence, le mélange comprend un ou deux composés du groupe 1 ainsi que des composés de un à trois des autres groupes.

De préférence, on se limite à l'utilisation de composés organiques luminescents présentant un rendement quantique supérieur à 0.4, prêférentiellement supérieur à 0.8. Lorsque plusieurs composés organiques luminescents sont utilisés, il est cependant possible d'utiliser pour ceux desdits composés qui fonctionnent en donneur dans un processus de FRET, des composés ayant un rendement quantique inférieur à celui de l'accepteur final, y compris certains composés ayant un rendement quantique de luminescence inférieur à 0.4.

Les nanoparticules luminescentes dopées avec les composés organiques luminescents par les méthodes selon l'invention sont ensuite incorporées à des plastiques ou autres matrices. D'une manière générale, les concentrations de nanoparticules sont calculées afin d'obtenir aux longueurs d'onde d'absorption recherchées une densité optique d'absorption comprise entre 0.1 et 10 dans la direction de l'épaisseur de la matrice dans laquelle elles sont incorporées, voir plus avantageusement une densité optique comprise entre 0.7 et 2.

Dans un mode de réalisation, les nanoparticules luminescentes sont ajoutées à du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) neutre dans des proportions massiques comprises entre 0,01 % et 75 %, lequel est ensuite extrudé à une température comprise entre 120 °C et 240 °C pour fabriquer des compounds ou granulés de PMMA. Les granulés de PMMA obtenus peuvent ensuite être dilués, dans des granulés de P MA non dopés, dénués de nanoparticules, avec un rapport de dilution préférentiellement compris entre 1/100 et 1/10 000 lors de la fabrication, par extrusion, coulage, ou injection, d'objets de type films, plaques ou tubes de PMMA. L'objet obtenu est luminescent et permet une modulation de la lumière solaire.

Avec des adaptations connues de l'homme de métier, un procédé analogue de fabrication de compounds puis d'objets plastiques est adaptable à de nombreuses applications dans le domaine photovoltaïque ou la photosynthèse, en particulier l'extrusion ou le calandrage de films d'encapsulation photovoltaïque de type EVA ou l'extrusion de films de type PVC ou PE pour des serres agricoles.

Exemple

Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, les nanoparticules sont réalisées in situ. L'invention comprend alors les étapes suivantes.

Selon une première étape, on sélectionne, en fonction des objectifs de modification de la lumière solaire, de un à dix composés organiques luminescents (D1 , D2, D3, ...), par exemple deux, ou de préférence trois. On les choisit de manière à ce qu'ils présentent deux à deux des recouvrements entre leurs spectres d'absorption et d'émission successifs. Par exemple, le composé organique luminescent D1 est le 4,4'-Diphenylstilbene, il absorbe dans les UV et réémet dans le bleu, D2 est un bore-dipyrométhene, tel que le 4,4-difluoro-1 ,3-dipropyl-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene qui absorbe dans le bleu et réémet dans le bleu-vert et D3, l'acide o-(6-Amino-3-imino-3h-xanthen- 9-yl)-benzoïque, absorbe dans le bleu-vert et réémet dans le vert-jaune.

Selon une deuxième étape, on obtient, par des méthodes de synthèse chimique connues de l'homme du métier, ou on fournit des dérivés amino réactifs, par exemple succinimidyl ester, de manière à fonctionnaliser lesdits composés organiques luminescents, ou pigments. On écrira en abrégé les composés organiques luminescents fonctionnalisés SE-D , SE-D2 et SE-D3.

Selon une troisième étape, on fait réagir lesdits composés organiques luminescents fonctionnalisés, ou dérivés luminescents, sur du 3-aminopropyl triethoxy silane ou silane-APTS en écriture abrégée, de manière à réaliser des liaisons covalentes entre les deux. Aussi, lesdits composés organiques luminescents fonctionnalisés, SE-D1 , SE-D2, et SE-D3 sont respectivement dissous dans 10 mL de diméthylformamide avec un excès de silane-APTS dans des proportions molaires, composé organique luminescent 5 fonctionnalisé/silane-APTS de un pour deux. Le mélange est agité sous une atmosphère de diazote sec pendant 24 heures dans l'obscurité,

Selon une quatrième étape, on mélange les différents composés organiques luminescents greffés, D1 -silane-APTS, D2-silane-APTS et D3- silane-APTS, dans des proportions variables, par exemple, dans une proportion î o 1 : 1 : 1 ou bien, de préférence, 9 : 3 : 1 , dans 112 mL d'ethanol et 8.5 mL d'hydroxide d'ammonium à 28.8% et sous agitation pendant 24 heures.

Selon une cinquième étape, on ajoute 4.7 mL de tetraethoxysilane, ou TEOS en écriture abrégée, et on agite pendant 24 heures.

Selon une sixième étape, après réaction, les échantillons sont centrifugés

15 à 15 000 rpm pendant 20 min pour récupérer les nanoparticules de silice ; les nanoparticules sont lavées plusieurs fois avec de l'éthanol et de l'eau par centrifugation et décantation pour éliminer les substrats n'ayant pas réagi.

Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, on fournit des nanoparticules et on vient greffer ensuite les composés organiques 0 luminescents.

Les nanoparticules obtenues à l'issue de la sixième étape sont intégrées dans un compound de polychlorure de vinyle qui est utilisé, par exemple, pour fabriquer un film par extrusion. Un tel film permet de réaliser des serres à l'intérieur desquelles on vient cultiver des fruits, des légumes, des fleurs, des 5 arbustes ou tous autres produits agricoles. Ainsi, le matériau de modulation de la longueur d'onde du film, qui est interposé entre le rayonnement solaire et les végétaux, provoque un décalage de longueur d'onde des rayons lumineux incidents vers de plus grandes longueurs d'onde, et partant, favorise l'activité photosynthétique et accélère la croissance des végétaux. Dans certaines

30 circonstances, le film ainsi réalisé permet un contrôle plus fin de certains paramètre physiologiques des végétaux, tels que la taille, les pigments, les vitamines par exemple. Selon une autre application, les nanoparticules obtenues selon le procédé décrit ci-dessus, sont incorporées dans un compound à base de silicone afin de réaliser un matériau de modulation de la longueur du monde de la lumière solaire permettant d'encapsuler des cellules photovoltaïques. On obtient de la sorte un meilleur rendement de ces cellules photovoltaïques.

Selon encore une autre application, les nanoparticules obtenues selon le procédé décrit ci-dessus, sont incorporés dans un compound d'éthylène- acétate de vinyle de manière à réaliser un guide d'onde plan luminescent, destiné à être mis en œuvre avec des moyens photovoltaïques.

Les guides d'onde plans luminescents permettent de concentrer, par optique non imageante, la lumière solaire directe et diffuse sur la tranche desdits guides d'ondes, lesquelles sont reliées optiquement à des cellules solaires, l'ensemble constituant des concentrateurs solaires par luminescence, ou LSC, acronyme de « Luminescent Solar Concentrators ». Dans les systèmes de type LSC, les composés photoluminescents intégrés dans le matériau concentrateur servent à absorber certaines parties du rayonnement données et à les rediriger vers la tranche dudit matériau grâce au phénomène de réflexion interne qui transforme ledit matériau en un guide d'onde plan pour les longueurs d'onde concernées. Sauf phénomène d'auto-absorption important, l'intérêt de l'utilisation du phénomène de luminescence par rapport à celle de simple diffuseurs, réside en ce que le rayonnement absorbé, réémis, puis guidé dans l'épaisseur du matériau n'est ensuite pratiquement plus affecté au cours de sa propagation dans ledit matériau du fait de l'effet de décalage spectral induit par la photoluminescence. Le rayonnement capté par la surface exposée à la source lumineuse, se retrouve donc concentré de manière géométrique sur une surface de taille inférieure correspondant à la tranche dudit matériau. Les systèmes de type LSC doivent permettre de diminuer significativement les coûts de production de l'énergie solaire en divisant par des facteurs compris entre 2 et 100, la surface de cellules solaires utilisée par mètre carré de module. En outre, les systèmes de type LSC seraient particulièrement efficaces dans des conditions d'éclairage diffus, et peuvent offrir une certaine transparence, qui est intéressante notamment pour les applications de solaire intégré au bâti (BIPV). Selon un autre objet, l'invention concerne également un film d'encapsulation de module photovoltaïque réalisé à base d'un matériau modifiant la lumière solaire. Le matériau de modulation de la lumière solaire utilisé comporte une matrice dopée par des nanoparticules, contenant au moins deux composés organiques luminescents.

La matrice polymérique utilisée est un film d'une épaisseur comprise entre 100 pm et 1000 pm de l'un des types suivants : éthylène vinyle acétate (EVA), PMMA élastomère, polyuréthane, éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), polytétrafluoroéthylène (PTFE).

Selon une première variante exécution, le matériau de modulation de la lumière solaire précité, est utilisé comme base pour un matériau d'encapsulation de module photovoltaïque, et dans lequel la matrice utilisée est de type silicone. Selon une deuxième variante, le matériau de modulation de la lumière précité est utilisé comme base pour un « frontsheet » ou un « backsheet » de module photovoltaïque où la matrice utilisée est une plaque de polyméthacrylate de méthyle (PMMA), de polycarbonate (PC) ou de polychlorure de vinyle (PVC).

Selon une troisième variante d'exécution, le matériau de modulation de la lumière solaire précité, est utilisé comme base pour un film de serre agricole où la matrice utilisée est un film polymère d'une épaisseur comprise entre 50 pm et 500 pm de l'un des types suivants : PEBD, PEHD, EVA, PE-EVA, PVC.

Selon une quatrième variante d'exécution, le matériau de modulation de la lumière solaire précité, est utilisé comme base pour un sac destiné à la culture d'algues, où la matrice utilisée est un film polymère d'une épaisseur comprise entre 50 pm et 500 pm de l'un des types suivants : polyéthylène basse densité (PEBD), polyéthylène haute densité (PEHD), EVA, PE-EVA, PVC.

Selon une cinquième variante d'exécution, le matériau de modulation de la lumière solaire précité, est utilisé comme base pour un tube de photo- bioréacteur, où la matrice utilisée est une plaque de polyméthacrylate de méthyle (PMMA), de polycarbonate (PC) ou de polychlorure de vinyle (PVC).