Celle solari a colorante (DSSC): la soluzione ideale per l’IoT

L’Internet of Things (IoT) rappresenta una rete di oggetti fisici e siti connessi dotati di identità digitali che interagiscono per fornire servizi automatizzati. Questa rete si estende oltre ai dispositivi attualmente connessi a Internet, come smartphone, desktop, tablet e laptop, includendo anche elettrodomestici come condizionatori d’aria, macchine per il caffè e lavatrici, oltre a sensori ambientali. L’infrastruttura cloud costituisce la piattaforma IoT che consente la comunicazione tra i dispositivi.

La maggior parte dei dispositivi IoT necessita di una alimentazione continua a bassa tensione. Le tecnologie fotovoltaiche da interno, in particolare le celle solari a colorante (DSSC – Dye Sensitized Solar Cell) caratterizzate da elevate prestazioni in ambienti indoor, rappresentano una soluzione ideale per soddisfare le esigenze di questo mercato. L’IoT è ancora una tecnologia emergente, ma il suo potenziale è enorme a tal punto che si stima che entro il 2025 ci saranno oltre 75 miliardi di dispositivi IoT connessi a Internet.

L’Italia è un paese leader nello sviluppo dell’IoT: secondo l’Osservatorio IoT del Politecnico di Milano, nel 2022 il mercato dell’IoT in Italia ha raggiunto un valore di 15.9 miliardi di euro, con una crescita del 10% rispetto all’anno precedente.

Le celle solari DSSC sono un tipo di cella solare che utilizza un colorante per assorbire la radiazione luminosa e generare elettricità. Sono una tecnologia promettente per le applicazioni IoT perché sono a basso costo, leggere e flessibili. Le celle a colorante possono essere realizzate in una varietà di colori e forme, il che le rende adatte per l’integrazione nei dispositivi IoT.

Inoltre, hanno la peculiare caratteristica della bifaccialità, quindi possono utilizzare la luce da entrambi i lati e, assorbendo la radiazione nel visibile, lavorano efficacemente anche a basse condizioni di luce. Aziende affermate come Ricoh e Exeger hanno introdotto sul mercato le DSSC utilizzandole in una varietà di applicazioni IoT, tra cui: elettronica indossabile e sensori intelligenti. Ricoh, nel 2020, ha lanciato in Giappone una serie DSSC a stato solido “Ricoh EH DSC” da essere utilizzata per alimentare sensori ambientali di temperatura, umidità, illuminazione e pressione atmosferica.

La stessa compagnia lavora su smart mouse e telecomandi oltre che ad una scrivania con DSSC integrata che, nell’ottica degli edifici intelligenti, può ricaricare vari dispositivi. La compagnia svedese Exeger integra in modo invisibile i dispositivi DSSC sfruttando la flessibilità di un materiale perfettamente integrabile con l’elettronica indossabile chiamato Powerfoyle^TM realizzando cuffie e auricolari, borse, altoparlanti portatili, e-readers e molto altro.

Una delle costanti sfide della ricerca scientifica contro i cambiamenti climatici è l’utilizzo di componenti a basso impatto e sostenibili. I ricercatori dei laboratori CHOSE (Centre for Hybrid and Organic Solar Energy) del Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell’Università degli Studi di Roma Tor Vergata in collaborazione con il CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) nelle vesti dell’IPCF (Istituto per i Processi Chimico-Fisici) di Messina e dell’ISM (Istituto di Struttura della Materia) di Roma e con il Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi, Università Ca’ Foscari di Venezia, hanno realizzato un dispositivo DSSC a basso impatto utilizzando pigmenti naturali come le beta-alanine estratte dal frutto del cactus, il fico d’India, arrivando al 15% di efficienza di conversione in condizioni indoor.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nanomaterials di MDPI. Il modulo di 100 cm² realizzato a base di colorante naturale (figura 1) dimostra come le DSSC sostenibili possano alimentare dispositivi elettronici a bassa potenza. Le future ricerche si concentreranno sulla stabilizzazione del colorante e sull’aumento della sua efficienza di conversione.