低成本光伏供電傳感器

IEEE Sensors和Advanced Functional Materials近期陸續(xù)發(fā)表了麻省理工學(xué)院（MIT）光伏實(shí)驗(yàn)室（Photovoltaic Laboratory）和自動(dòng)識(shí)別實(shí)驗(yàn)室（Auto-ID Lab）研究人員的一項(xiàng)研究成果——光伏供電的傳感器，用它測(cè)量數(shù)據(jù)可以數(shù)年無需更換電池。

研究人員在普通的射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽上安裝了薄膜鈣鈦礦電池來作為“能量收集器”。這種電池以其潛在的低成本、靈活性和易制造而聞名，可以在明亮的陽(yáng)光和較暗的室內(nèi)條件下為傳感器供電。研究人員還發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能給傳感器提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，可以使數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)，并能夠?qū)⒍鄠€(gè)傳感器集成到一個(gè) RFID 標(biāo)簽上。

傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池體積龐大，制造費(fèi)用相對(duì)昂貴，使用不靈活，無法在低亮度有效地收集能量。與之相比，鈣鈦礦電池可以使用簡(jiǎn)單的“卷對(duì)卷”制造技術(shù)進(jìn)行印刷，每套的成本只需要幾美分。同時(shí)，鈣鈦礦電池可以變得更薄、更加柔軟，并且能做成透明的，透明屬性對(duì)于放置在窗戶和汽車擋風(fēng)玻璃等環(huán)境上的溫度監(jiān)測(cè)傳感器是十分必要的。它還可以根據(jù)接收的光線做出調(diào)整，能從任何類型的室內(nèi)或者室外的照明環(huán)境中收集能量。

這些模塊在單次陽(yáng)光照射下能產(chǎn)生4.3V的電量，這是衡量太陽(yáng)能電池在陽(yáng)光下產(chǎn)生多少電壓的標(biāo)準(zhǔn)。這足以給電路供電（大約1.5V），每隔幾秒鐘就能發(fā)送約5m遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)。同時(shí)，這些模塊在室內(nèi)的照明條件下也具有類似的性能。

用于室內(nèi)應(yīng)用的寬帶隙鈣鈦礦電池根據(jù)產(chǎn)生的電壓大小的不同，其在室內(nèi)熒光燈下的效率可達(dá)到18.5%至 21.4%之間，基本上，任何光源照射45分鐘都可以為室內(nèi)或室外的傳感器提供大約3h的電力。這些傳感器可以在室內(nèi)或室外放置數(shù)月或數(shù)年，直到它們降解并需要更換為止。

研究人員Sai Nithin R. Kantareddy表示：“將來，我們周圍可能會(huì)有數(shù)十億個(gè)傳感器。那么將需要大量的電池，而且這些電池還必須不斷地充電。但是，如果可以使用環(huán)境光為它們自供電，那么就可以很方便地去安置它們，即便把它遺忘幾個(gè)月或幾年都沒有問題?！?/p>

接下來，研究人員的目標(biāo)是擴(kuò)大規(guī)模，并增加針對(duì)更多層面的環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，例如濕度、壓力、振動(dòng)和污染等。這些傳感器一旦被大規(guī)模部署，對(duì)于在室內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)期數(shù)據(jù)收集的工作具有巨大的幫助，還能進(jìn)一步助力構(gòu)建算法，提高智能建筑的能源效率等。