Les chercheurs du MIT ont conçu des capteurs photovoltaïques à faible coût sur des étiquettes RFID qui fonctionnent en plein soleil et avec un éclairage intérieur plus tamisé, et qui peuvent transmettre des données pendant des années avant d’avoir besoin d’être remplacer.
Les ingénieurs du MIT mettent au point un moyen de transformer l’humble étiquette RFID en un capteur alimenté par la lumière pour l’Internet des objets. Basé sur des cellules de perovskite à couche mince, l’objectif est de créer des capteurs bon marché, connectés à Internet, qui peuvent fonctionner sans pile ou autres sources d’énergie extérieures pendant des mois, voire des années.
Selon le MIT, les experts prédisent que l’Internet des objets comptera environ 75 milliards d’appareils d’ici l’an 2025. Qu’il s’agisse d’une bonne chose ou non, cela signifie qu’il y aura beaucoup de capteurs et d’autres dispositifs de collecte de données qui auront besoin de beaucoup d’énergie pour continuer à fonctionner.
Comme il ne serait pas pratique de brancher tous ces appareils sur le secteur et que la perspective de changer constamment des millions de minuscules batteries est peu attrayante, les chercheurs du MIT ont conçu des versions photovoltaïques qui peuvent fonctionner à la lumière du soleil ou même avec un éclairage intérieur faible.
Ce n’est pas une idée nouvelle. Les chercheurs du laboratoire Auto-ID du MIT et du laboratoire de recherche en photovoltaïque du MIT admettent que de minuscules appareils solaires ont déjà été essayés, mais ils se sont appuyés sur la technologie solaire conventionnelle, qui est encombrante, coûteuse, inflexible et ne peut être rendue transparente. En revanche, les cellules de perovskite sont peu coûteuses, imprimables, flexibles et peuvent être rendues transparentes.
L’approche de l’équipe du MIT est de prendre les cellules de perovskite et de les fusionner avec des étiquettes RFID équipées de multiples capteurs pour surveiller divers facteurs environnementaux, tels que la température et l’humidité. Ces étiquettes peuvent être imprimées en rouleaux avec les cellules photovoltaïques qui y sont incorporées et peuvent même être rendues transparentes, de sorte qu’elles peuvent être montées sur des vitres. Elles ont également de minuscules antennes à ultra-haute fréquence dont la fabrication ne coûte que quelques centimes.
Les nouvelles étiquettes de capteurs fonctionnent selon le même principe que les étiquettes RFID couramment utilisées pour le marquage des marchandises au détail. Une étiquette RFID est essentiellement un circuit électronique sans source d’énergie, mais lorsqu’elle se trouve à portée d’un dispositif de lecture qui transmet un signal radio, l’étiquette capte l’énergie de l’effet de rétrodiffusion – essentiellement, elle tire son électricité du signal radio lui-même. Elle transmet ensuite l’information stockée dans la puce de l’étiquette, ce qui permet de l’utiliser pour la tarification, l’inventaire, la sécurité, le suivi et d’autres applications.
Le problème est que l’étiquette ne peut produire que quelques microwatts d’énergie et seulement lorsque le lecteur la scanne dans un rayon de quelques mètres. Si elle doit être utilisée comme capteur pratique, elle doit être alimentée pendant des périodes beaucoup plus longues.
Pour les nouvelles étiquettes, l’équipe du MIT a intercalé de la perovskite entre une électrode, une cathode et des matériaux spéciaux pour le transport des électrons. Cela a permis aux ingénieurs de régler chaque cellule pour qu’elle fonctionne comme souhaité dans des conditions d’éclairage différentes. Elles ont ensuite été transformées en modules de quatre cellules chacune, qui pouvaient générer 4,3 volts chacune à la lumière directe du soleil et transmettre des données jusqu’à 5 m sur un circuit de 1,5 volt.
D’autres tests ont montré que les cellules atteignaient des efficacités allant jusqu’à 21,4 % sous éclairage fluorescent et que 45 minutes d’exposition à la lumière pouvaient les charger pendant trois heures, ce qui permettait aux étiquettes des capteurs de surveiller la température intérieure et extérieure pendant plusieurs jours tout en transmettant continuellement les données cinq fois plus loin que les étiquettes RFID classiques. Cela permettrait à un lecteur de glaner simultanément des données à partir de plusieurs capteurs.
Lorsque la technologie sera arrivée à maturité, l’équipe considèrera les nouvelles étiquettes comme un moyen de surveiller l’environnement pendant des mois, voire des années, avant qu’elles ne se détériorent trop pour fonctionner. Elles pourraient être utilisées non seulement pour la surveillance de la température, mais aussi pour le suivi des cargaisons, la surveillance du sol et la surveillance de la consommation d’énergie à mesure qu’elles prennent de l’expansion pour inclure la capacité de mesurer l’humidité, la pression, les vibrations et la pollution.
« Les matériaux de pérovskite que nous utilisons ont un potentiel incroyable en tant que récupératrices lumineuses d’intérieur efficaces « , affirme Ian Mathews, postdoctorant du Département de génie mécanique. « Notre prochaine étape est d’intégrer ces mêmes technologies à l’aide de méthodes électroniques imprimées, ce qui pourrait permettre la fabrication de capteurs sans fil à très faible coût. »
http://news.mit.edu/2019/photovoltaic-rfid-sensors-iot-0927
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201904072
https://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=7361
