La photoluminescence des absorbeurs photovoltaïques permet de connaître les phénomènes de transport de charges et les propriétés optoélectroniques dont dépendent leurs performances. Cependant, son analyse repose sur des modèles physiques qui peuvent nécessiter des hypothèses non contrôlées et des paramètres inconnus. Cette thèse explore comment l'acquisition de cartographies de photoluminescence résolues spectralement en excitation pulsée peut contribuer à la caractérisation des matériaux, tout en limitant les connaissances préalables nécessaires et en contrôlant les hypothèses et modèles sous-jacents. D'une part, nous avons développé des systèmes d'imagerie décrivant l'intensité émise en quatre dimensions : 2D spatiale, temporelle et spectrale. D'autre part, nous avons réalisé des études de variation de longueur d'onde d'excitation et discuté leur relation avec l'absorption de la lumière. Les montages déjà mis en place illustrent l’intérêt de l’analyse des différentes dimensions de la lumière. Un imageur hyperspectral, fournissant le spectre dans chaque pixel, permet de caractériser les propriétés du matériau et les porteurs de charge générés. En complément, l'imagerie résolue en temps donne un aperçu des mécanismes de transport. Nous passons en revue et proposons différentes techniques pour obtenir des données 4D correspondant à l'évolution temporelle du spectre dans chaque pixel d'une image I_PL (x,y,énergie,temps). Parmi elles, l’imagerie monopixel utilise la modulation spatiale de la lumière pour reconstruire des cartographies spatiales. Trois techniques de mesure ont été développées sur le principe de l'imagerie à pixel monopixel. Elles correspondent à différents schémas d'échantillonnage dans l'espace 4D, en se concentrant sur les dimensions temporelles et spectrales qui sont atteintes avec de hautes résolutions. Leur mise en œuvre a été un défi car la photoluminescence correspond à des conditions de faible luminosité, et plus les résolutions sont élevées, plus la sensibilité est faible. Chaque dimension de la lumière impliquée doit être reconstruite avec précision tout en étant intriquée dans le processus d'acquisition. En particulier, l'impact de la diffraction et des interférences dues au modulateur spatial de lumière a été étudié. Ce travail instrumental a tout d'abord donné lieu à un système d’imagerie multimodale résolue temporellement et spectralement (2x3D). Il a été appliqué au suivi des mécanismes induits par la lumière dans les pérovskites, et qui conduisent à des changements dans de spectre et de dynamique. En second lieu, nous avons réalisé un outil d’imagerie 4D, illustré sur un échantillon d'arséniure de gallium. L'évolution conjointe de la photoluminescence dans les dimensions temporelle, spatiale et spectrale est observée en raison du remplissage des bandes et de la diffusion. Enfin, une méthode basée sur des algorithmes de segmentation d’image est proposée. Une cartographie spatiale est obtenue par imagerie mono-pixel, à partir de laquelle les zones d'intérêt sont déterminées avant d’y mesurer le déclin avec de hautes résolutions temporelles et spectrales. Un échantillonnage de la photoluminescence est obtenu avec un rapport signal/bruit élevé permettant son application à une variété d’échantillons et de conditions d'injection. Ces deux dernières approches sont uniques à notre connaissance et permettent d'obtenir une variation du PL dans les domaines combinés spatial, temporel et spectral. De plus, nous avons mis en place une méthodologie pour réaliser des études de longueur d'onde d'excitation sur l'imageur hyperspectral. Ainsi, l'absorptivité relative locale d’un échantillon de pérovskite inhomogène est obtenue sur une large gamme spectrale à partir d’une analyse combinée des spectres d'émission et d'excitation. Les mesures de réflectivité complétant cette étude fournissent des informations optiques et topologiques permettant d'affiner l'interprétation des cartographies de photoluminescence.