低成本光伏供電傳感器

IEEE Sensors和Advanced Functional Materials近期陸續發表了麻省理工學院（MIT）光伏實驗室（Photovoltaic Laboratory）和自動識別實驗室（Auto-ID Lab）研究人員的一項研究成果——光伏供電的傳感器，用它測量數據可以數年無需更換電池。

研究人員在普通的射頻識別（RFID）標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，可以在明亮的陽光和較暗的室內條件下為傳感器供電。研究人員還發現，太陽能給傳感器提供了強大的動力，可以使數據傳輸的距離更遠，并能夠將多個傳感器集成到一個 RFID 標簽上。

傳統的太陽能電池體積龐大，制造費用相對昂貴，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單的“卷對卷”制造技術進行印刷，每套的成本只需要幾美分。同時，鈣鈦礦電池可以變得更薄、更加柔軟，并且能做成透明的，透明屬性對于放置在窗戶和汽車擋風玻璃等環境上的溫度監測傳感器是十分必要的。它還可以根據接收的光線做出調整，能從任何類型的室內或者室外的照明環境中收集能量。

這些模塊在單次陽光照射下能產生4.3V的電量，這是衡量太陽能電池在陽光下產生多少電壓的標準。這足以給電路供電（大約1.5V），每隔幾秒鐘就能發送約5m遠的數據。同時，這些模塊在室內的照明條件下也具有類似的性能。

用于室內應用的寬帶隙鈣鈦礦電池根據產生的電壓大小的不同，其在室內熒光燈下的效率可達到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或室外放置數月或數年，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，我們周圍可能會有數十億個傳感器。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，即便把它遺忘幾個月或幾年都沒有問題。”

接下來，研究人員的目標是擴大規模，并增加針對更多層面的環境監測傳感器，例如濕度、壓力、振動和污染等。這些傳感器一旦被大規模部署，對于在室內進行長期數據收集的工作具有巨大的幫助，還能進一步助力構建算法，提高智能建筑的能源效率等。