新型染料敏化太陽能電池:用室內照明光線為物聯網設備供電

導讀

據瑞典烏普薩拉大學官網近日報道,該校研究人員開發出一種新型染料敏化太陽能電池,它可以采集來自室內燈具的光線。

背景

如今,我們的社會正在朝著所有物體都互聯的方向發展,這些物體包括傢具、辦公用品等各種日常物品。物聯網(IoT)使得物體之間可相互通信和感知,因此一度被譽為繼計算機、互聯網之後的“世界信息產業發展的第三次浪潮”。據估計,到2025年,約750億個物聯網設備將影響著我們生活的方方面面。

新型染料敏化太陽能電池:用室內照明光線為物聯網設備供電

這些物聯網設備大部分位於室內,要廣泛安裝這些設備,就需要設備變得“自主”。也就是說,它們不再需要電池或者電線連接電源來維持運行。為瞭實現這一點,找到一種本地的低維護成本的能源,為物聯網設備提供本地的電力,特別是在一般環境條件下,顯得非常關鍵。

創新

為瞭實現這個目標,在一篇發表在《化學科學(Chemical Science)》期刊上的新論文中,瑞典烏普薩拉大學的研究人員們展示瞭一種新型染料敏化太陽能電池,它可以采集來自室內燈具的光線。

新型染料敏化太陽能電池:用室內照明光線為物聯網設備供電

(圖片來源:烏普薩拉大學)

技術

烏普薩拉大學化學系助理教授 Marina Freitag 領導的研究團隊開發瞭這種新型室內光伏電池,它可以將高達34%的可見光轉化為電力,從而為各種各樣的物聯網傳感器供電。團隊設計這種新型染料敏化光伏電池,是基於一種銅配合物電解質,這種電解質使得太陽能電池非常適合吸收來自熒光燈和LED的室內光線。最新的成果非常有前景,它使染料敏化太陽能電池成為瞭環境照明條件下光電轉換效率的領導者,超越瞭傳統的矽以及由特殊材料制成的太陽能電池。

這項研究有望徹底改變用於智能溫室、辦公室、架子、包裹的數字化感測,以及其他許多日常物聯網智能物品。

Freitag 表示:“瞭解這些光源的光譜,使我們有可能調整特殊的染料以吸收室內光線。在產生大量能量的同時,這些室內光伏電池也可以在低光條件下維持高電壓,這對於物聯網設備的供電來說非常重要。”

通過與慕尼黑工業大學合作,研究人員們為太陽能供電的物聯網傳感器進一步設計出一種具有適應能力的“電力管理”系統。與受到電池限制的參照物相比,這種光線驅動的設備智能地采集可用的光線,根據光照水平來計算工作負載,在存儲期間將能量損耗降到最低,盡最大可能來使用所有的光能。這款太陽能系統將人工智能與自主學習結合到一起,從而降低瞭能量損耗、電池廢料,並且有助於提升總體生活條件。

新型染料敏化太陽能電池:用室內照明光線為物聯網設備供電

(圖片來源:參考資料【1】)

未來,科學傢們希望,通過室內太陽能電池實現自供電的數十億物聯網設備,將提供從環境信息到人機通信再到機器間通信的各種功能。這種先進的傳感器可以進一步改善下一波的機器人以及目前在開發中的自動化系統。

Freitag 表示:“環境光采集器提供瞭新一代自供電智能物聯網設備,這些設備由一種基本尚未開發的能源供電。結合高效率、低成本和無毒材料的室內光伏電池,對物聯網的可持續性來說至關重要。”

關鍵字

太陽能電池、物聯網、自供電

參考資料

【1】Hannes Michaels, Michael Rinderle, Richard Freitag, Iacopo Benesperi, Tomas Edvinsson, Richard Socher, Alessio Gagliardi, Marina Freitag. Dye-sensitized solar cells under ambient light powering machine learning: towards autonomous smart sensors for the internet of things. Chemical Science, 2020; DOI: 10.1039/C9SC06145B

【2】https://www.uu.se/en/news-media/press-releases/press-release/?id=4982&typ=pm&lang=en

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