低成本光伏供电传感器

IEEE Sensors和Advanced Functional Materials近期陆续发表了麻省理工学院（MIT）光伏实验室（Photovoltaic Laboratory）和自动识别实验室（Auto-ID Lab）研究人员的一项研究成果——光伏供电的传感器，用它测量数据可以数年无需更换电池。

研究人员在普通的射频识别（RFID）标签上安装了薄膜钙钛矿电池来作为“能量收集器”。这种电池以其潜在的低成本、灵活性和易制造而闻名，可以在明亮的阳光和较暗的室内条件下为传感器供电。研究人员还发现，太阳能给传感器提供了强大的动力，可以使数据传输的距离更远，并能够将多个传感器集成到一个 RFID 标签上。

传统的太阳能电池体积庞大，制造费用相对昂贵，使用不灵活，无法在低亮度有效地收集能量。与之相比，钙钛矿电池可以使用简单的“卷对卷”制造技术进行印刷，每套的成本只需要几美分。同时，钙钛矿电池可以变得更薄、更加柔软，并且能做成透明的，透明属性对于放置在窗户和汽车挡风玻璃等环境上的温度监测传感器是十分必要的。它还可以根据接收的光线做出调整，能从任何类型的室内或者室外的照明环境中收集能量。

这些模块在单次阳光照射下能产生4.3V的电量，这是衡量太阳能电池在阳光下产生多少电压的标准。这足以给电路供电（大约1.5V），每隔几秒钟就能发送约5m远的数据。同时，这些模块在室内的照明条件下也具有类似的性能。

用于室内应用的宽带隙钙钛矿电池根据产生的电压大小的不同，其在室内荧光灯下的效率可达到18.5%至 21.4%之间，基本上，任何光源照射45分钟都可以为室内或室外的传感器提供大约3h的电力。这些传感器可以在室内或室外放置数月或数年，直到它们降解并需要更换为止。

研究人员Sai Nithin R. Kantareddy表示：“将来，我们周围可能会有数十亿个传感器。那么将需要大量的电池，而且这些电池还必须不断地充电。但是，如果可以使用环境光为它们自供电，那么就可以很方便地去安置它们，即便把它遗忘几个月或几年都没有问题。”

接下来，研究人员的目标是扩大规模，并增加针对更多层面的环境监测传感器，例如湿度、压力、振动和污染等。这些传感器一旦被大规模部署，对于在室内进行长期数据收集的工作具有巨大的帮助，还能进一步助力构建算法，提高智能建筑的能源效率等。