光伏供电的“物联网”的传感器



到2025年,专家估计的设备“物联网”的数量 - 包括收集关于基础设施和环境的实时数据的传感器 - 可能上升到75十亿全世界。因为它的立场,但是,这些传感器要求必须经常更换电池,这对于长期监测问题。  

ag真人平台的研究人员设计的低成本,在RFID标签上的光伏供电的传感器,在阳光下工作,并调光室内照明,并能需要更换前的发射数年的数据。研究人员的形象礼貌,由麻省​​理工学院新闻编辑

MIT的研究人员设计了可能多年传输数据需要被更换之前,他们的光伏供电的传感器。这样做,他们安装薄膜钙钛矿细胞 - 对于其潜在的低成本,灵活性和相对容易制造的公知的 - 如在廉价的射频识别(RFID)标签能量收割机。

该细胞能够在供电既明亮的阳光传感器和调光器的室内环境。此外,该研究小组发现了太阳能发电,其实是给予传感器的主要功率提升,使更高的数据传输距离和多个传感器集成到一个单一的RFID标签的能力。

“在未来,可能会有几十亿的传感器都在我们身边的。与规模,你需要很多的,你必须不断地为电池充电。但是,如果你能有什么自供电使用它们的环境光?你可以部署他们忘记他们在一段时间月或数年,”西尼西kantareddy,博士生ag真人平台的自动识别实验室说。 “这项工作基本上是建筑用增强能量采集器为一系列应用的RFID标签。”

在对论文发表在期刊上 先进功能材料 IEEE传感器, ag真人平台自动识别实验室和ag真人平台的研究光伏利用传感器来持续监控数天室内和室外温度实验室的研究人员描述了。在连续的距离比传统的RFID标签的五倍传感器传输的数据 - 与无需电池。较长的数据传输范围均值,除其他事项外,一个阅读器可以从多个传感器同时被用来收集数据。

根据所处环境的某些因素,如水分和热量,传感器可以保持内部或外部几个月或潜在的,多年在同一时间,他们降低到需要更换了。这可以为需要长期检测,室内和室外,包括供应链中跟踪货物,监测土壤和监测建筑物和家庭使用的设备的能量的任何应用价值。

加入对论文kantareddy是:机械工程(阡昱山)博士后伊恩·马修斯,研究员石井太阳,化学工程专业的学生玛丽亚layurova,研究员JANAK塔帕,研究员伊恩·马吕斯彼得斯和佐治亚理工学院教授胡安 - 巴勃罗·科雷亚 - 巴埃纳的部门,谁是光伏全体成员研究实验室;拉胡巴氏,在自动识别的实验室的研究人员;托尼奥buonassisi,在阡昱山教授;和桑杰即萨尔马,弗雷德花堡和丹尼尔花堡机械工程学教授。

结合两个低成本技术


在最近尝试创建自供电传感器,其他研究人员已经使用太阳能电池作为事物(IOT)设备互联网能源。但这些基本上都是传统的太阳能电池的皱缩缩减版本 - 不是钙钛矿。传统的细胞可以高效,持久和强大在一定条件下“但对于无处不在的物联网传感器真的不可行,” kantareddy说。

传统的太阳能电池,例如,体积大且昂贵的制造,再加上他们是不灵活的并且不能被制成透明的,这可以是用于放置在窗户和汽车挡风玻璃温度监测传感器是有用的。他们也真的只是为了有效地收获能量强大的阳光,不低的室内光线。

钙钛矿的细胞,在另一方面,可以使用每个几美分容易卷对卷制造工艺印刷;由薄的,柔性的,和透明的;和调谐到从任何种类的室内和室外照明的获取能量。

的想法中,然后,组合具有低成本的RFID标签,它们是用于监视全世界数十亿产品无电池贴纸低成本的电源。贴纸都配有微型,超高频天线,大约三到五美分的成本进行。

RFID标签依赖于所谓的通信技术“反向散射”,即由反射离开标签和回读取器调制的无线信号发送的数据。无线设备称为一个读者 - 基本上类似于一个Wi-Fi路由器 - 邓小平的标签,它的权力并含有反向散射关于其粘在产品信息的唯一信号。

传统上,标签收获由读取器发送到加电的内部存储数据的小芯片的射频能量的一点,并且使用剩余能量来调制的返回信号。但达功率只有几毫瓦,这限制了它们的通信范围不到一米。

研究人员的传感器包括一个建立在塑料基板上的RFID标签的。直接连接在标记的集成电路是钙钛矿的太阳能电池的阵列。与传统的系统中,读写器扫过房间,每个标签响应。但代替使用能量从读取器,它绘制收集的能量从所述钙钛矿小区设置到由反向散射RF信号其电路和发送数据加电。

在规模效益

关键创新是在定制的细胞。他们正在制造中的层,具有夹在电极,阴极,和特殊的电子传输层材料之间的钙钛矿材料。这实现了约百分之10的效率,这是相当高的对静止实验钙钛矿细胞。这个分层结构还使研究人员能够调整其最佳每个小区“带隙”,其是电子移动性,在不同的光照条件使然的细胞的性能。然后他们将细胞结合成四个单元的模块。

在里面 先进功能材料 纸,所述模块产生的电力的4.3伏下一个太阳照明,这是一个非常重要电压的太阳能电池在阳光下如何产生一个标准测量。这足够功率达电路 - 约1.5伏特 - 和发送数据的周围每隔几秒钟,5米。模块具有在室内照明性能相似。该 IEEE传感器 本文主要证明宽带隙钙钛矿细胞,这取决于它们多少电压产生18.5%和下室内荧光灯21. 4%的效率,这之间实现室内应用。本质上,约45分钟的任何光源的意志力约三小时的传感器室内和室外。  

所述RFID电路被原型仅监视温度。接着,研究人员的目标扩大和更环境监视传感器加进来,如湿度,压力,振动,和污染。部署在规模,传感器可以尤其是长期数据收集室内有助于帮助建设,比方说,算法,帮助做出明智的建筑更加节能。

“我们使用的钙钛矿材料具有令人难以置信的潜力作为有效的室内光收割机。我们的下一个步骤是使用印刷电子的方法来集成这些相同的技术,有可能使极低成本制造无线传感器,”马修斯说。