In een toekomst waarin de meeste dingen in ons dagelijks leven verbonden zijn via internet, apparaten en sensoren moeten zonder kabels of batterijen werken. In een nieuw artikel in Chemische Wetenschappen , onderzoekers van de Universiteit van Uppsala presenteren een nieuw type kleurstofgevoelige zonnecellen die licht oogsten van binnenlampen.

Het internet der dingen, of IoT, verwijst naar een netwerk van fysieke apparaten en applicaties die via internet zijn verbonden. Naar schatting zal in 2025 vele facetten van ons leven zullen worden bemiddeld via 75 miljard IoT-apparaten, waarvan het grootste deel binnen zal worden geplaatst. Brede installatie van dergelijke IoT-apparaten vereist dat de apparaten autonoom worden, wat betekent dat ze geen batterijen of een netaansluiting meer nodig hebben om te werken. Om dit te behalen, het is van cruciaal belang om een ​​lokale, onderhoudsarme energiebron te identificeren die lokale stroom kan leveren aan IoT-apparaten, vooral in omgevingscondities.

Op weg naar dit doel, een onderzoeksteam onder leiding van Marina Freitag, universitair docent bij de afdeling Chemie, Universiteit van Uppsala, heeft nieuwe fotovoltaïsche cellen binnenshuis ontwikkeld die tot 34 procent van het zichtbare licht kunnen omzetten in elektriciteit om een ​​breed scala aan IoT-sensoren van stroom te voorzien. Het team heeft nieuwe kleurstofgevoelige fotovoltaïsche cellen ontworpen op basis van een kopercomplex elektrolyt, waardoor ze ideaal zijn voor het oogsten van binnenlicht van fluorescentielampen en LED's. De nieuwste veelbelovende resultaten bevestigen dat kleurstofgevoelige zonnecellen toonaangevend zijn op het gebied van energieconversie-efficiëntie voor omgevingslichtomstandigheden, beter presteren dan conventioneel silicium en zonnecellen gemaakt van exotische materialen.

Het onderzoek belooft een revolutie teweeg te brengen in de digitale detectie van binnenshuis voor slimme kassen, kantoren, planken, pakketten en vele andere slimme alledaagse voorwerpen voor het internet der dingen.

"Door de spectra van deze lichtbronnen te kennen, is het mogelijk om speciale kleurstoffen af ​​te stemmen om binnenlicht te absorberen. Terwijl ze grote hoeveelheden energie genereren, deze fotovoltaïsche installaties voor binnenshuis behouden ook een hoge spanning bij weinig licht, wat belangrijk is om IoT-apparaten van stroom te voorzien, ', zegt Freitag.

In samenwerking met de Technische Universiteit van München, de onderzoekers hebben verder een adaptief 'power management'-systeem ontworpen voor IoT-sensoren op zonne-energie. In tegenstelling tot hun batterijbeperkte tegenhangers, de lichtgestuurde apparaten voeden zich intelligent met de beschikbare hoeveelheid licht. Computationele werkbelastingen worden uitgevoerd op basis van het verlichtingsniveau, het minimaliseren van energieverliezen tijdens opslag en zo alle lichtenergie maximaal benutten. Door kunstmatige intelligentie en geautomatiseerd leren te combineren, het zonnecelsysteem kan zo het energieverbruik verminderen, batterijafval en helpen de algemene levensomstandigheden te verbeteren.

In de toekomst, wetenschappers verwachten dat miljarden IoT-apparaten die worden aangedreven door binnenzonnecellen alles zullen bieden, van milieu-informatie tot mens-machine- en machine-machinecommunicatie. Dergelijke geavanceerde sensoren kunnen de volgende golf van robotica en autonome systemen die momenteel in ontwikkeling is, verder verbeteren.

"Ambient light harvesters bieden een nieuwe generatie zelfaangedreven en slimme IoT-apparaten die worden aangedreven door een energiebron die grotendeels onaangeboord is. De combinatie van hoge efficiëntie en lage kosten met niet-giftige materialen voor fotovoltaïsche installaties binnenshuis is van het grootste belang voor de duurzaamheid van IoT, ', zegt Freitag.