I en framtid där det mesta i vår vardag är anslutet via internet, enheter och sensorer måste köras utan ledningar eller batterier. I en ny artikel i Kemisk vetenskap , forskare från Uppsala universitet presenterar en ny typ av färgämneskänsliga solceller som skördar ljus från inomhuslampor.

Sakernas internet, eller IoT, avser ett nätverk av fysiska enheter och applikationer som är anslutna via internet. Det beräknas att år 2025, många aspekter av våra liv kommer att förmedlas genom 75 miljarder IoT -enheter, varav en majoritet kommer att ligga inomhus. Bred installation av sådana IoT -enheter kräver att enheterna blir autonoma, vilket betyder att de inte längre behöver batterier eller nätanslutning för att fungera. För att uppnå detta, det är avgörande att identifiera en lokal energikälla med lågt underhåll som kan ge lokal kraft till IoT-enheter, särskilt i omgivande förhållanden.

Mot detta mål, ett forskargrupp som leds av Marina Freitag, biträdande professor vid Institutionen för kemi, Uppsala universitet, har utvecklat nya inomhus fotovoltaiska celler som kan omvandla upp till 34 procent av synligt ljus till elektricitet för att driva ett brett spektrum av IoT -sensorer. Teamet har utformat nya färgkänsliga fotovoltaiska celler baserade på en kopparkomplex elektrolyt, vilket gör dem idealiska för att skörda inomhusljus från lysrör och lysdioder. De senaste lovande resultaten fastställer färgkänsliga solceller som ledande inom effektomvandlingseffektivitet för omgivande ljusförhållanden, överträffar konventionella kisel- och solceller tillverkade av exotiska material.

Forskningen lovar att revolutionera inomhus digital avkänning för smarta växthus, kontor, hyllor, paket och många andra smarta vardagsobjekt för sakernas internet.

"Att känna till dessa ljuskällors spektra gör det möjligt att ställa in speciella färgämnen för att absorbera inomhusljus. Samtidigt som det genererar stora mängder energi, dessa solceller inomhus håller också en hög spänning under svagt ljus, vilket är viktigt för att driva IoT -enheter, säger Freitag.

I samarbete med det tekniska universitetet i München, forskarna har vidare utformat ett adaptivt 'power management' system för soldrivna IoT-sensorer. I motsats till deras batteribegränsade motsvarigheter, de ljusdrivna enheterna matas intelligent från mängden tillgängligt ljus. Beräkningsarbeten belastas av belysningsnivån, minimera energiförluster under lagring och därmed använda all ljusenergi till maximal tillgänglighet. Kombinera artificiell intelligens och automatiserat lärande, solcellssystemet kan därmed minska energiförbrukningen, batterisvinn och hjälper till att förbättra de allmänna levnadsvillkoren.

I framtiden, forskare förväntar sig att miljarder av IoT-enheter som drivs av solceller inomhus kommer att ge allt från miljöinformation till kommunikation mellan människor och maskiner. Sådana avancerade sensorer kan ytterligare förbättra nästa våg av robotik och autonoma system som för närvarande utvecklas.

"Skördare för omgivande ljus tillhandahåller en ny generation av självdrivna och smarta IoT-enheter som drivs av en energikälla som i stort sett är outnyttjad. Kombinationen av hög effektivitet och låg kostnad med giftfria material för solceller inomhus är av yttersta vikt för IoT-hållbarhet, säger Freitag.