Le photovoltaïque est de plus en plus considéré comme une technologie privilégiée de la transition énergétique. Pour concevoir des panneaux photovoltaïques performants, il est nécessaire d'étudier les matériaux semi-conducteurs utilisés avec des techniques de caractérisation avancée. Différentes techniques expérimentales basées sur l'étude de la photoluminescence émise par ces matériaux ont déjà montré leur intérêt. Dans cette thèse, je m'intéresse à la photoluminescence modulée (MPL) qui a récemment permis d'observer des résultats expérimentaux intéressants sur des échantillons de couche mince de CIGS.Les travaux effectués cherchent à expliquer le lien entre les propriétés d'un échantillon (en particulier les mécanismes de recombinaisons des porteurs libres) et le diagramme de phase obtenu. Pour cela, j'ai développé un modèle analytique simplifié, basé sur les équations de la physique des semi-conducteurs, grâce auquel je peux faire le lien entre la présence d'un piège à porteurs minoritaires et l'apparition d'une forme particulière sur le diagramme de phase. Ce modèle a ensuite été validé par des simulations numériques par éléments finis avec le logiciel Silvaco Atlas. L'utilisation de simulations numériques a également permis d'approfondir l'étude de la technique de MPL, pour illustrer certaines applications au-delà de ce que permet le modèle analytique. Alors que la technique de MPL avait été utilisée pour caractériser la durée de vie effective dans le silicium, les résultats prometteurs obtenus dans cette thèse montrent qu'elle peut aussi l'être pour des semi-conducteurs à faible durée de vie.