En appliquant sur un semi-conducteur une lumière dont l'énergie est supérieure à la bande interdite, une surproduction d'électrons se produit qui accompagne l'absorption de la lumière. Lors de la recombinaison des électrons une lumière apparait : la photoluminescence. Son intensité permet d'évaluer en deux dimensions et avec une bonne résolution la qualité des semi-conducteurs, en observant comment elle est répartie à la surface et à l'intérieur d'un substrat par exemple.
Le professeur Tajima de l'ISAS (Institute of Space and Astronautical Science) a développé sur ce principe une méthode de "Mapping" par photoluminescence qui consiste à balayer un rayon laser sur un échantillon pour observer point par point l'intensité photoluminescente. Cette méthode ne nécessite pas de préparation préalable et elle permet d'évaluer au micron près la qualité des panneaux solaires achevés ou bien de leurs substrats, sans le moindre contact ni la moindre détérioration. Cependant, l'observation avec cette technique nécessite trop de temps, raison pour laquelle elle a été remplacée par la méthode dite d'"Imaging" par photoluminescence.
Il s'agit ici d'appliquer sur l'ensemble de l'échantillon une lumière uniforme et de photographier l'image globale de la photoluminescence qui est émise. Cette technique nécessite seulement une diode LED, pour émettre une forte lumière, et une caméra CCD refroidie (IR proche). Elle permet d'observer la qualité d'un substrat de silicium ou d'un panneau solaire en moins d'une seconde, avec une résolution de 1 million de pixels.
L'utilisation, en complément, d'une solution aqueuse d'acide hydrofluorique permet d'améliorer la qualité de la surface des échantillons, notamment celles des substrats ou des lingots qui sont particulièrement mauvaises (les électrons se recombinant sans émettre de lumière). La préparation de la surface permet en outre d'obtenir une meilleure résolution.
Une autre méthode, dite Méthode d'excitation sélective par photoluminescence, permet d'évaluer de la même facon la qualité des panneaux solaires multicouches (ceux composés de plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs différents). Les couches supérieures de ces panneaux ont une bande interdite large ce qui permet à la lumière à longue longueur d'onde de pénétrer les couches supérieures et à la photoluminescence émise par les couches inférieures de traverser également les couches supérieures. Chaque couche peut donc être observée en utilisant une lumière avec différentes longueurs d'onde. Cette méthode est en passe de devenir incontournable dans l'analyse des anomalies survenant sur les panneaux solaires des satellites.
Ces techniques d'observation par photoluminescence seront présentées lors de plusieurs conférences internationales jusqu'à cet hiver. Elles continuent cependant à faire l'objet de recherches afin d'être améliorées et de pouvoir par la suite contribuer aux mesures contre le réchauffement planétaire d'une part, et à la réussite des projets spatiaux d'autre part.
