La casa intelligente di domani ha bisogno di pannelli solari da interno

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Pannelli solari da interno, la perovskite unisce efficienza e leggerezza. Da un gruppo di ricerca internazionale un nuovo tipo di cella solare in grado di sfruttare la bassa illuminazione e le luci artificiali per alimentare sensori e dispositivi IoT.

La rivoluzione delle smart home è iniziata e con essa lo sviluppo di sensori wireless, elettronica di consumo a bassa potenza, impianti demotici e Internet of Things ha preso la rincorsa. Tutti questi elementi richiedono, però, dispositivi di raccolta di energia efficienti e facili da integrare nella loro architettura. Quali? Una delle soluzione più gettonate è rappresenta dai pannelli solari da interno. Per la precisione si tratta di celle fotovoltaiche estremamente sottili e flessibili, in grado di funzionare anche con la bassa illuminazione tipica degli ambienti chiusi.

“Il fotovoltaico per interni[…] ha il potenziale per facilitare queste innovazioni tecnologiche fornendo energia sufficiente ai componenti elettronici, ma rimanendo piccolo, conveniente ed economico”, spiega l’Istituto FEP del Fraunhofer. “Questo tipo di fonte energetica eliminerà la necessità di batterie, garantendo una perfetta integrazione”. Gli scienziati del centro tedesco hanno collaborato con i colleghi del CHOSE (Centre for Hybrid and Organic Solar Energy), centro di ricerca dell’Università di Roma Tor Vergata e dal GHIDA, dell’Universidad Surcolombiana, per creare celle in perovskite per nuovi pannelli solari da interno.

Una cella fotovoltaica perovskite su vetro flessibile ultrasottile. Credits: Giulia Lucarelli- CHOSE
Una cella fotovoltaica perovskite su vetro flessibile ultrasottile. Credits: Giulia Lucarelli- CHOSE

Come sono fatte le celle solari per interni?

Il nuovo design prevede il deposito di perovskite su substrati di vetro ultrasottili, flessibili e rivestiti in ossido di indio-stagno (ITO). Le celle sono state, inoltre, ottimizzate incorporando un’impalcatura mesoporosa su strati compatti diossido di stagno (SnO2). Il risultato? Unità particolarmente efficienti e al tempo stesso ultra flessibili e leggere. “Il progetto nasce dalla necessità di sviluppare dispositivi a basso costo e ridotto impatto ambientale per alimentare la rivoluzione tecnologica dell’Internet of Things”, spiega Giulia Lucarelli, dottoranda in Ingegneria Elettronica presso il CHOSE e autrice del lavoro pubblicato su Cell Reports Physical Science.

Al CHOSE, centro dedicato al fotovoltaico di nuova generazione, abbiamo realizzato celle a perovskite ultra-sottili, spesse circa 100 μm, altamente performanti sotto luce da interni. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con l’istituto Fraunhofer, che si è occupato dello sviluppo dei substrati a base di materiali conduttivi depositati su vetro flessibile. Le celle non solo hanno efficienze di conversione molto alte, ma sono anche realizzate a basso costo e compatibili con processi di stampa, e facilmente integrabili in oggetti dalle forme più disparate, poiché sottili, applicabili a superfici curve ed estremamente leggere. Le potenzialità applicative sono molto ampie, dai dispositivi e sensori biomedicali, fino alla domotica e alle Smart Cities”

I test di laboratorio hanno mostrato che il nuovo fotovoltaico può superare 1600 procedure di piegatura con una curvatura di 20,5 mm. Nel contempo offre una efficienza di conversione luminosa del 20,6% (16,7 μW / cm2 di densità di potenza) e del 22,6% (35,0 μW / cm2) sotto Illuminazione a LED, rispettivamente, a 200 e 400 lux. A titolo di confronto, i livelli di illuminazione che si trovano prevalentemente in case, negozi e uffici variano dai 100 ai 500 lux.

“Queste cifre – continua il Fraunhofer – sottolineano il potenziale della perfetta integrazione di questi dispositivi ultra-sottili e ultra-leggeri nei componenti elettronici per interni. Tutti gli strati attivi delle celle fotovoltaiche in perovskite sono stati depositati a bassa temperatura e mediante elaborazione della soluzione. Ciò significa che tutti gli elementi possono essere prodotti tramite semplice stampa roll-to-roll”.

I risultati del lavoro sono stati pubblicati su Cell Reports Physical Science (testo in inglese).

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