MIT设计低成本光伏传感器 延长物联网设备供电时间
包装印刷工业网 产品新闻】据专家估量,到2025年,全球物联网设备的数量(包含搜集有关基础设施和环境实时数据的传感器)或许会增加到750亿。可是,这些传感器需求常常替换电池,这关于长时刻监控来说或许会是一个问题。
   麻省理工学院(MIT)的研讨人员规划了由光伏供电的传感器,这些传感器能够在替换电池之前传输数年的数据。研讨人员将薄膜钙钛矿电池(以其潜在的低本钱、灵敏性和相对易制作性而出名)作为能量搜集器安装在廉价的射频辨认(RFID)标签上。 麻省理工学院的研讨人员现已在RFID标签上规划了低本钱的光伏传感器,这些传感器可在日光和暗淡的室内照明下作业,并且能够传输多年的数据,而无需替换。
   电池能够在亮堂的阳光下和暗淡的室内条件下为传感器供电。此外,研讨小组发现太阳能能为传感器供给巨大的功率进步,完成了更大的数据传输间隔,并能够将多个传感器集成到单个RFID标签上。
   MIT自动辨认试验室的博士生Sai Nithin Kantareddy说,“将来,咱们周围或许会稀有十亿个传感器。依照这种规划,将需求很多电池,这些电池有必要不断充电。可是,假如能够运用环境光为它们自供电,将会减轻很多的作业。而这项作业基本上是运用能量搜集器为各种运用构建增强的RFID标签。”
   MIT自动辨认试验室和麻省理工学院光电研讨试验室的研讨人员在《高档功用资料》和《IEEE传感器》杂志上宣布的两篇论文中,描绘了运用传感器接连几天监控室内和室外温度的办法。传感器接连传输数据的间隔是传统RFID标签的五倍,而无需电池。更长的数据传输规划意味着能够运用一个读取器一起从多个传感器搜集数据。
   取决于环境中的某些要素(例如湿度和热量),传感器能够在内部或外部放置数月或潜在地数年,直到它们降解到足以需求替换停止。关于需求在室内和室外进行长时刻传感的任何运用而言,这都是有价值的,包含盯梢供应链中的货品、监测土壤以及监测建筑物和家庭设备中运用的动力。
   结合两种低本钱技能
   在最近测验创立自供电传感器的测验中,其他研讨人员已将太阳能电池用作物联网(IoT)设备的动力。可是这些基本上是传统太阳能电池的缩小版别,而不是钙钛矿。Kantareddy说,传统的单元在某些条件下能够高效、耐久且功用强壮,可是关于无处不在的物联网传感器来说却是行不通的。
   例如,传统的太阳能电池体积巨大且制作贵重,并且它们不灵敏且不能制成通明的,这关于放置在窗户和轿车挡风玻璃上的温度监测传感器会变得很困难。实际上,它们还仅仅规划为从强壮的阳光而不是室内低照度有用地搜集能量。
   另一方面,钙钛矿电池能够运用简略的卷对卷制作技能进行印刷,每套只需几美分。薄、柔软并且通明,并调整为从任何类型的室内和室外照明中搜集能量。
   其时的主意是将低本钱电源与低本钱RFID标签相结合,后者是无电池标签,用于监控全球数十亿种产品。贴纸上装有细小的超高频天线,每个天线的本钱约为3至5美分。
   RFID标签依托一种称为“反向散射”的通讯技能,该技能经过将调制的无线信号反射脱离标签并传回阅读器来传输数据。一种称为阅读器的无线设备(基本上相似于Wi-Fi路由器)对标签履行操作,标签会加电并向后散射一个仅有信号,该信号包含有关所张贴产品的信息。
   传统上,标签会搜集阅读器发送的少数射频能量,认为存储数据的内部小芯片加电,并运用剩下的能量来调制回来信号。但这仅适当于几微瓦的功率,这约束了它们的通讯规划不到一米。   研讨人员的传感器包含一个构建在塑料基板上的RFID标签。钙钛矿太阳能电池阵列直接连接到标签上的集成电路。与传统体系相同,阅读器会扫荡整个房间,每个标签都会呼应。可是,它没有运用阅读器的能量,而是从钙钛矿电池中获取了能量,以使电路通电并经过反向散射RF信号发送数据。
   规划功率
   要害立异在于定制单元。它们是分层制作的,钙钛矿资料夹在电极、阴极和特别的电子传输层资料之间。这样能够到达约10%的功率,这关于仍处于试验状况的钙钛矿电池来说是适当高的。这种分层结构还使研讨人员能够调整每个电池的“带隙”,带隙是一种电子移动特性,决议了在不同光照条件下电池的功用。然后,他们将单元合并为四个单元的模块。
   在《高档功用资料》论文中,这些模块在一次阳光照射下发生了4.3伏的电,这是衡量太阳能电池在阳光下发生多少电压的规范衡量。这足认为电路供电(约1.5伏),每几秒钟发送一次约5米的数据。这些模块在室内照明中具有相似的功用。在《IEEE传感器》论文中首要证明宽带隙钙钛矿细胞,在室内荧光灯照明下,其功率在18.5%至21%之间。基本上,任何光源的约45分钟将为室内和室外的传感器供电约3个小时。
   RFID电路的原型仅用于监控温度。接下来,研讨人员旨在扩展规划,并在混合环境中增加更多的环境监测传感器,例如湿度、压力、振荡和污染。这些传感器被大规划布置,特别能够协助室内进行长时刻数据搜集,以协助构建算法,例如,协助进步智能建筑的动力功率。
   研讨人员说,“咱们运用的钙钛矿资料作为有用的室内光搜集器具有巨大的潜力。咱们的下一步是运用印刷电子办法集成这些相同的技能,然后有或许完成极低本钱的无线传感器制作。”
   虽然曩昔现已提出了相似的解决方案,可是因为钙钛矿光伏电池的占位面积较小,出产本钱低以及在柔性基板上卷对卷制作的潜力,运用钙钛矿光伏电池为RFID IC供电很风趣。不过,要使用这一思维并进一步影响物联网,(制作商)在开发具有感应功用的RFID时还需求做更多的作业。
   原标题:MIT规划低本钱光伏传感器 延长物联网设备供电时刻