In un futuro in cui la maggior parte delle cose nella nostra vita quotidiana sono connesse tramite Internet, dispositivi e sensori dovranno funzionare senza cavi o batterie. In un nuovo articolo in Scienze chimiche , i ricercatori dell'Università di Uppsala presentano un nuovo tipo di celle solari sensibilizzate al colorante che raccolgono la luce dalle lampade per interni.

Internet delle cose, o IoT, si riferisce a una rete di dispositivi fisici e applicazioni connessi tramite Internet. Si stima che entro il 2025, molti aspetti della nostra vita saranno mediati da 75 miliardi di dispositivi IoT, la maggior parte dei quali sarà collocata al chiuso. L'ampia installazione di tali dispositivi IoT richiede che i dispositivi diventino autonomi, il che significa che non dovrebbero più aver bisogno di batterie o di una connessione alla rete per funzionare. Per realizzare questo, è fondamentale identificare una fonte di energia locale a bassa manutenzione in grado di fornire energia locale ai dispositivi IoT, soprattutto in condizioni ambientali.

Verso questo obiettivo, un gruppo di ricerca guidato da Marina Freitag, professore a contratto presso il Dipartimento di Chimica, Università di Uppsala, ha sviluppato nuove celle fotovoltaiche per interni in grado di convertire fino al 34% della luce visibile in elettricità per alimentare un'ampia gamma di sensori IoT. Il team ha progettato nuove celle fotovoltaiche sensibilizzate al colorante basate su un elettrolita complesso di rame, che li rende ideali per raccogliere la luce interna da lampade fluorescenti e LED. Gli ultimi risultati promettenti stabiliscono che le celle solari sensibilizzate al colorante siano leader nell'efficienza di conversione dell'energia per le condizioni di illuminazione ambientale, superando il silicio convenzionale e le celle solari realizzate con materiali esotici.

La ricerca promette di rivoluzionare il rilevamento digitale indoor per serre intelligenti, uffici, scaffali, pacchetti e molti altri oggetti di uso quotidiano intelligenti per l'Internet of Things.

"Conoscere gli spettri di queste sorgenti luminose rende possibile sintonizzare coloranti speciali per assorbire la luce interna. Mentre generano grandi quantità di energia, questi fotovoltaici per interni mantengono anche un'alta tensione in condizioni di scarsa illuminazione, che è importante per alimentare i dispositivi IoT, "dice Freitag.

In collaborazione con l'Università Tecnica di Monaco di Baviera, i ricercatori hanno ulteriormente progettato un sistema adattivo di "gestione dell'energia" per i sensori IoT a energia solare. A differenza delle loro controparti con batteria limitata, i dispositivi azionati dalla luce si alimentano in modo intelligente dalla quantità di luce disponibile. I carichi di lavoro computazionali vengono eseguiti in base al livello di illuminazione, minimizzare le perdite di energia durante lo stoccaggio e quindi utilizzare tutta l'energia luminosa al massimo della sua disponibilità. Combinando intelligenza artificiale e apprendimento automatico, il sistema a celle solari può così ridurre il consumo di energia, lo spreco della batteria e contribuiscono a migliorare le condizioni di vita generali.

Nel futuro, gli scienziati si aspettano che miliardi di dispositivi IoT autoalimentati da celle solari interne forniranno di tutto, dalle informazioni ambientali alle comunicazioni uomo-macchina e macchina-macchina. Tali sensori avanzati possono migliorare ulteriormente la prossima ondata di robotica e sistemi autonomi attualmente in fase di sviluppo.

"I raccoglitori di luce ambientale forniscono una nuova generazione di dispositivi IoT autoalimentati e intelligenti alimentati da una fonte di energia che è in gran parte non sfruttata. La combinazione di alta efficienza e basso costo con materiali non tossici per il fotovoltaico indoor è di fondamentale importanza per la sostenibilità dell'IoT, "dice Freitag.