电子发烧友网 > 电源/新能源 > 正文

基于氧化锌开发色素增感型光发电技术的设计研究

2020年01月18日 10:54 次阅读

前言

现在HEMS、BEMS能源管理系统正在开发当中。这是一种建筑物中用来管理使用器械、设备运转的系统,其目的是为了减少建筑物中的能源消耗。目前,HEMS/BEMS主要致力于将能源消耗量可视化,今后将会结合传感器网络,用来检测室内人体活动,门窗打开或关闭等状态,在必要的场合使用能源,而不必要的场合能自动节约能源,实现舒适和节能的目标。

在传感器网络的实际使用中,电源是挑战课题之一。通过用来减少能耗的传感器节点达到节能的效果,为了更舒适的生活,我们从未放弃对节点自由安装的研究。村田制作所考虑到环境发电技术不适用于这种传感器节点的电源中,利用压电效应的振动发电、将温度差转换成电能的热电转换元件,还有本章介绍的光发电技术的多种发电设备正在开发当中。

光发电技术

人类活动的场所最好是有光线的。收集这种普遍存在于人们生活中的环保能源并转换成电能,运用于电子设备中的就是光发电技术。这种光发电技术一般使用非晶硅太阳能电池,而使用于传感器节点的电源即使是室内微弱的灯光也可发电,其入射光的角度依赖性很小,并且以轻薄、不易断裂的发电设备为宗旨,这就是村田目前正在开发的以氧化锌作为原料,色素增感型光发电技术。

色素增感型光发电构造如图1所示。电路板上使用了树脂膜,在电路板上形成透明电极,而在工作电极端的上方则通过丝网印刷等过程形成多孔半导体膜,这种膜吸附色素。相反电极是在透明电极上形成Pt等触媒,这样就形成了由2层电路板来密封电解质的构造。

色素增感型光发电技术的发电原理即下面反复的氧化还原反应。

1. 对吸附色素的半导体膜上进行光照、色素发射电子。

2. 发射出的电子经由半导体膜、透明电极等移动到相反电极。

3. 通过相反电极上电解质中的三碘化物I3-由催化剂作用还原成碘化物离子3I-。

4. 碘化物离子3I-被色素酸化又变回三碘化物I3-。

基于氧化锌开发色素增感型光发电技术的设计研究

图1: 色素増感型光发电设备的构造

我们在制作这种设备时,重点是尽可能将多孔半导体膜的表面积做大。一般来说要用二氧化钛作为半导体膜,并且需要经过400度以上的高温烧制过程,而作为电路板来说是不可能使用这种膜的。因此,村田制作所以山形大学吉田司教授的技术指导为基础,利用了氧化锌在低温条件下可形成多孔半导体膜的原理,开发了使用树脂模,轻薄、不易断裂的色素增感型光发电设备(参照图2)。

基于氧化锌开发色素增感型光发电技术的设计研究

图2: 色素増感型光发电设备的照片

现在,电解质、色素这类材料的组合、工艺条件进展的优化,目标是即使在200lux以下微弱的室内光中,也能获得比非晶硅更多的发电量而优化的开发。可是目前在评价用的单元格中、在200lux白色LED照明下只能达到7μW/cm2以上的发电量,即与非晶硅同等或以上的发电量。

使用光发电无线传感器网络的应用实例

使用光发电技术收集室内光这种普遍存在于人们生活中的环保能源并转换成电能,面向无线传感器网络的应用实例介绍如下。

未来通过HEMS/BEMS来谋求使用最少的能源获得舒适的生活,通过人体感应传感器、磁感应传感器以及温湿度传感器来检测人体活动,门窗闭合或开启的状态,房间的温湿度,检测到的数据通过无线传输,从而能够自动控制。这就是“无线感知系统(参照图3) ”。

这种“无线感知系统”中传感器节点的电源使用了光发电技术,还使用了无线通信来传输检测到的数据,不需要外部电源,可轻松设置。今后,为了实现免维护的传感器节点,在光发电技术的开发中,将通过提高特性来实现设备小型化与长期高可靠性的结合。

基于氧化锌开发色素增感型光发电技术的设计研究

图3: 无线感知系统

结语

村田制作所在横浜的智能社区※3●智能小区※4内设置了安装该光发电技术的无线感知系统实验仪器(参考图4),在接近实际环境的室内使用光发电技术来获得能源,除了评估能否稳定的传输和接收检测到的数据,从而把握客户需求,通过无线感知系统调查所使用的电子元器件对性能和可靠性的需求。此外,将来还会对能量收集市场的技术开发以及新产品的研发展开研究。

基于氧化锌开发色素增感型光发电技术的设计研究

传感器网络应用实例

基于氧化锌开发色素增感型光发电技术的设计研究

图4:横浜智能社区●智能小区内设置的“无线感知系统”

责任编辑:gt

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播

电子发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

电子老顽童:深入讲解 Buck Top结构及搭建Buck电路方案验证

本期直播分享主题:电子老顽童:深入讲解 Buck Top结构及搭建Buck电路方案验证直播亮点:1、
发烧友学院发表于 2019-11-05 00:00 2949次阅读
电子老顽童:深入讲解 Buck Top结构及搭建Buck电路方案验证

小米手表再次升级:主要聚焦在运动算法和续航能力方...

小米公司于19年双十一发布了旗下首款真智能手表——小米手表。小米手表采用1.78英寸AMOLED方形....
发表于 2020-01-17 17:24 321次阅读
小米手表再次升级:主要聚焦在运动算法和续航能力方...

农业大棚智能监控系统是个什么样子的

农业大棚智能监控系统通过实时采集农业大棚内空气温度、湿度、光照、土壤温度、土壤水分等环境参数,根据农....
发表于 2020-01-17 17:12 35次阅读
农业大棚智能监控系统是个什么样子的

基于ZigBee的自愈自组网可以如何应用

无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Network)是由分布在有效区域内具有通讯....
发表于 2020-01-17 16:47 23次阅读
基于ZigBee的自愈自组网可以如何应用

传感器检测电路中常用的几种抗干扰技术解析

在电子测量装置的电路中出现的、无用的信号称为噪声,当噪声影响电路正常工作时,该噪声就称为干扰。信号传....
发表于 2020-01-17 16:38 42次阅读
传感器检测电路中常用的几种抗干扰技术解析

联力推出Strimer Plus电源连接线,可实...

根据消息报道,联力在CES 2020上展示了新款的Strimer Plus RGB 24pin电源连....
发表于 2020-01-17 15:45 106次阅读
联力推出Strimer Plus电源连接线,可实...

2020年如何坚守半导体投资?

电子发烧友网报道(文/黄晶晶)芯片一次流片的费用动则几千万元,一轮融资的钱可能只够一次试错的成本;芯....
发表于 2020-01-17 15:43 1153次阅读
2020年如何坚守半导体投资?

数字式称重传感器原理及安装

本文首先阐述了数字式称重传感器的原理,其次阐述了数字式称重传感器特点,最后介绍了数字式称重传感器的安....
发表于 2020-01-17 15:31 24次阅读
数字式称重传感器原理及安装

得知道的物联网事情有哪些

物联网就是把机器之类的“哑巴物体”连接起来,例如将烤面包机或安全摄像头之类的东西连接到互联网,以便传....
发表于 2020-01-17 15:28 40次阅读
得知道的物联网事情有哪些

称重变送器工作原理_称重变送器的用途

本文首先阐述了称重变送器工作原理,其次介绍了称重变送器的调式方法,最后介绍了称重变送器的用途。
发表于 2020-01-17 15:19 94次阅读
称重变送器工作原理_称重变送器的用途

一文看懂地磅传感器的使用方法

本文主要阐述了地磅传感器的使用方法及使用注意事项。地磅传感器在现代科技工业当中已经是无处不在了,因为....
发表于 2020-01-17 15:06 19次阅读
一文看懂地磅传感器的使用方法

地磅传感器维修_地磅传感器寿命的延长

地磅传感器是组成地磅的重要部件之一,如果想延长其使用寿命,就要重视控制称重传感器的设计流程和生产过程....
发表于 2020-01-17 15:00 19次阅读
地磅传感器维修_地磅传感器寿命的延长

地磅传感器如何更换_地磅传感器如何安装

本文主要阐述了地磅传感器的更换及安装方法。
发表于 2020-01-17 14:54 16次阅读
地磅传感器如何更换_地磅传感器如何安装

韩国科技部启动AI国家战略,未来十年投资1万亿韩...

据国外媒体报道,韩国科技部今日公布了2020年度工作计划。根据计划,韩国科技部今年正式启动《人工智能....
发表于 2020-01-17 14:52 206次阅读
韩国科技部启动AI国家战略,未来十年投资1万亿韩...

地磅传感器如何接线_地磅传感器接线方法

本文主要阐述了地磅传感器接线方法。
发表于 2020-01-17 14:49 16次阅读
地磅传感器如何接线_地磅传感器接线方法

地磅传感器工作原理_地磅传感器检测

本文主要阐述了地磅传感器工作原理及检测方法。
发表于 2020-01-17 14:44 18次阅读
地磅传感器工作原理_地磅传感器检测

地磅传感器故障怎么判断

我们在使用地磅及汽车衡的过程中,总会有一定的几率出现各种各样的问题,有的时候很可能是传感器被我们损坏....
发表于 2020-01-17 14:40 18次阅读
地磅传感器故障怎么判断

几十年来松下在传感器和数据业务中的表现

现在我们从那里开始,“有很多数据。我在收集数据。我不知道该怎么办。”就像数据,数据无处不在,不知道该....
发表于 2020-01-17 14:22 210次阅读
几十年来松下在传感器和数据业务中的表现

轮辐式传感器原理_轮辐式传感器结构设计原则

本文主要阐述了轮辐式传感器原理及结构设计原则。
发表于 2020-01-17 13:51 10次阅读
轮辐式传感器原理_轮辐式传感器结构设计原则

让ADAS技术在车辆中更加普及

随着ADAS不断向汽车工程师协会定义的L4和L5级自动驾驶汽车的方向发展,我们有机会通过创造可用于更....
发表于 2020-01-17 13:51 58次阅读
让ADAS技术在车辆中更加普及

智慧城市当中是如何使用物联网技术的

在智慧城市服务和城市规划方面,地理空间或地理定位技术的作用非常重要。
发表于 2020-01-17 11:35 34次阅读
智慧城市当中是如何使用物联网技术的

色标传感器怎么用_色标传感器接线方法

本文首先阐述了色标传感器的概念,其次阐述了色标传感器使用说明,最后介绍了色标传感器接线方法。
发表于 2020-01-17 11:24 19次阅读
色标传感器怎么用_色标传感器接线方法

人工智能赋能智能家居能带来什么

随着AI相关技术的深入发展与落地使用,传统安防行业加快了智能化转型升级,开始涵盖更多领域,智能家居行....
发表于 2020-01-17 11:12 30次阅读
人工智能赋能智能家居能带来什么

芯片产业开始逆袭了?

过去的几十年里,科技之所以能够获得翻天覆地的改变,与这些芯片厂商在上游的努力有很大的关系。
发表于 2020-01-17 10:43 394次阅读
芯片产业开始逆袭了?

色标传感器工作原理_色标传感器怎么设置

本文主要阐述了色标传感器工作原理及色标传感器的设置方法。
发表于 2020-01-17 10:18 15次阅读
色标传感器工作原理_色标传感器怎么设置

半导体压力传感器原理_半导体压力传感器结构

本文主要阐述了半导体压力传感器原理及半导体压力传感器的结构。
发表于 2020-01-17 09:56 37次阅读
半导体压力传感器原理_半导体压力传感器结构

在系统中设计USB 3.0设计需要考虑那几个因素

USB 3.0正逐渐成为最有前景的数据传输接口之一。相比USB 2.0,USB 3.0速率快10倍,....
发表于 2020-01-17 09:46 39次阅读
在系统中设计USB 3.0设计需要考虑那几个因素

电感式压力传感器工作原理

电感式压力也称变磁阻式压力传感器,它是在压力作用下使衔铁他移(见图7—16)使线圈的电感发生变化而工....
发表于 2020-01-17 09:36 15次阅读
电感式压力传感器工作原理

电感式压力传感器特性_电感式压力传感器应用

本文主要阐述了电感式压力传感器特性及电感式压力传感器的应用。
发表于 2020-01-17 09:33 15次阅读
电感式压力传感器特性_电感式压力传感器应用

年收入跌了0.9%,Intel半导体行业市场份额...

TOP10排名同时发生了很有趣的变化,三星在2017年、2018年霸占榜首之后,1993年起就连续2....
发表于 2020-01-17 09:17 301次阅读
年收入跌了0.9%,Intel半导体行业市场份额...

芯片领域国产替代火爆 华为小米投资半导体企业背后...

中国5G的加速诞生在贸易摩擦、去全球化浪潮的大背景下,中国品牌华为、小米等要在国际市场上真正获得长期....
发表于 2020-01-17 08:42 2604次阅读
芯片领域国产替代火爆 华为小米投资半导体企业背后...

方框内为传感器的内部原理等效图,请问该电路能测量出真实的电压值吗?

如图所示,方框内为传感器的内部原理等效图,类似于滑动变阻器。 传感器输出电压值范围为:0~+12V,(小数点后第二...
发表于 2020-01-17 07:00 155次阅读
方框内为传感器的内部原理等效图,请问该电路能测量出真实的电压值吗?

全球住宅备用电源市场增长动力将加速 至2024年...

国际市场研究机构Technavio日前发布报告称,2020-2024年,全球住宅备用电源市场规模有望....
发表于 2020-01-16 11:10 50次阅读
全球住宅备用电源市场增长动力将加速 至2024年...

rfid如何协助保障矿山的安全

射频技术具有很强的抗干扰能力,在各种恶劣的环境下可进行无线监控。
发表于 2020-01-16 10:53 109次阅读
rfid如何协助保障矿山的安全

物联网技术是如何区推动水利行业的发展的

水利行业对于发展物联网的应用有着得天独厚的条件。
发表于 2020-01-16 10:49 104次阅读
物联网技术是如何区推动水利行业的发展的

传感器是机器人系统中或不可缺的一部分

广义上来说,机器人包括一切模拟人类行为或思想以及模拟其他生物的机械,如机器狗、机器猫等。
发表于 2020-01-16 10:00 225次阅读
传感器是机器人系统中或不可缺的一部分

半导体光刻机的详细解说

半导体器件被广泛应用于从智能手机到汽车等各个领域,在其制造过程中半导体光刻机必不可少。你知道吗,日本....
发表于 2020-01-16 08:36 795次阅读
半导体光刻机的详细解说

雷蛇推出全新鼠标产品,支持雷蛇RGB灯效调节

据雷蛇官方消息,近日雷蛇“炼狱蝰蛇”系列和“巴塞利斯蛇”分别推出全新的鼠标产品,炼狱蝰蛇V2(Dea....
发表于 2020-01-15 17:18 379次阅读
雷蛇推出全新鼠标产品,支持雷蛇RGB灯效调节

高性能的金河田电源,为电竞而生的台式机电源

玩电竞除了要自己有强大的实力之外,主机的实力也是相当关键的,主机带不动,很难在游戏界叱咤风云。
发表于 2020-01-15 16:49 267次阅读
高性能的金河田电源,为电竞而生的台式机电源

集成RFID的电池充放电参数采集节点是如何设计的

本文针对电磁干扰和遮挡非常严重的电池生产车间的复杂环境,设计一种集成RFID电子标签的传感器网络智能....
发表于 2020-01-15 16:33 106次阅读
集成RFID的电池充放电参数采集节点是如何设计的

基于RFID生产线管理系统的组成与设计解决方案

传统制造企业中,生产线数据信息的采集,主要依靠条码识别、人工采集、手工输入的方式,由于手工输入方式,....
发表于 2020-01-15 16:29 111次阅读
基于RFID生产线管理系统的组成与设计解决方案

2020对物联网的期盼是怎样的

物联网很可能会揭开与区块链相关的某些价值的神秘面纱,尽管我们不应该期望它会导致企业的大规模变化,但这....
发表于 2020-01-15 15:45 136次阅读
2020对物联网的期盼是怎样的

溢泰半导体国内首个化合物半导体新材料产业园区预计...

据中国化工报报道,由大庆溢泰半导体材料有限公司(以下简称“溢泰半导体”)投资建设的国内首个化合物半导....
发表于 2020-01-15 15:34 405次阅读
溢泰半导体国内首个化合物半导体新材料产业园区预计...

Intel重回全球半导体市场第一位置

2018年全球半导体市场在内存、闪存大涨两年之后达到了巅峰,2019年随即转向熊市,内存、闪存各种跌....
发表于 2020-01-15 15:19 547次阅读
Intel重回全球半导体市场第一位置

2019年存储芯片市场显著恶化 拖累了全球半导体...

2018年全球半导体市场在内存、闪存大涨两年之后达到了巅峰,2019年随即转向熊市,内存、闪存各种跌....
发表于 2020-01-15 15:09 466次阅读
2019年存储芯片市场显著恶化 拖累了全球半导体...

物联网通讯标准与解决方案为何成为了争夺点

在不可推放废弃物的场所或时间,设置对人的传感器,若有人入侵偷倒废弃物,可通知警卫。
发表于 2020-01-15 14:33 107次阅读
物联网通讯标准与解决方案为何成为了争夺点

Vishay推出全集成新型接近传感器 提高了消费...

日前,Vishay Intertechnology, Inc.(NYSE 股市代号:VSH)推出两款....
发表于 2020-01-15 14:31 91次阅读
Vishay推出全集成新型接近传感器 提高了消费...

2019年半导体销售额同比下降11.9%,英特尔...

1月15日消息,据国外媒体报道,美国市场研究机构Gartner(高德纳)周二发布了2019年全球半导....
发表于 2020-01-15 14:30 378次阅读
2019年半导体销售额同比下降11.9%,英特尔...

有哪一些物联网无线技术是领先的

虽然蜂窝移动网络不适用于大多数由电池供电的传感器物联网应用,但它们却非常适合特定的使用情形,例如交通....
发表于 2020-01-15 14:28 111次阅读
有哪一些物联网无线技术是领先的

现在的物联网潜力发挥出来了吗

将物联网数据完全放到“黑匣子”里可能会使你难以从数据中获得额外和/或意外的价值。相反,将数据存储到基....
发表于 2020-01-15 14:17 81次阅读
现在的物联网潜力发挥出来了吗

EMI滤波器的结构很重要,忽视的后果很严重……

从抗电磁干扰角度来说,电源EMI滤波器实际是一个只允许直流和工频通过的低通滤波器,即从零频(直流)至截止频率(...
发表于 2020-01-15 08:00 392次阅读
EMI滤波器的结构很重要,忽视的后果很严重……

关于CD4011集成块中电源和地的连接问题

CD4011是集成块,但在仿真的时候是用4个2输入与非门,那请问电源和地怎么给它连上。如这个仿真图所示。 ...
发表于 2020-01-13 17:03 392次阅读
关于CD4011集成块中电源和地的连接问题

不知道温度传感器型号,只知道该传感器对应温度的函数,可以写程序吗?

发表于 2020-01-11 17:13 209次阅读
不知道温度传感器型号,只知道该传感器对应温度的函数,可以写程序吗?

在书上看到一个电路,不太明白框内部分在电路中起到什么作用?

在书上看到一个电路,不太明白框内部分在电路中起到什么作用 ...
发表于 2020-01-10 09:22 521次阅读
在书上看到一个电路,不太明白框内部分在电路中起到什么作用?

运算放大器如何选择电源电路?详解单电源电路的奥秘

在过去,有许多优秀的运算放大器电路的集合,但他们都专注于分供电路。...
发表于 2020-01-10 08:00 999次阅读
运算放大器如何选择电源电路?详解单电源电路的奥秘

常用的位移传感器有哪些?

提到位移传感器,大家就会想到很多种,比如非接触的有激光位移传感器和超声波位移传感器还有接近开关。接触式的位移传...
发表于 2020-01-09 11:29 211次阅读
常用的位移传感器有哪些?

支持外设接口的双电源电路拔掉USB时系统短暂掉电,请教这是什么原因?

如图是一款便携式设备,7.4V锂电池供电,支持USB充电。设计了一个双电源切换电路如下:使用时,USB插入时,能正...
发表于 2020-01-07 09:21 766次阅读
支持外设接口的双电源电路拔掉USB时系统短暂掉电,请教这是什么原因?

硬件电路学习体会——多款常用的电源转换电路的设计

现在主流的电源设计,电源模块一般出一路直流电源,例如+28V、+24V、+12V(称为一次电源)这样电源模块的主要作用就...
发表于 2020-01-06 15:03 957次阅读
硬件电路学习体会——多款常用的电源转换电路的设计

六轴无人机分电板

分享一个简单的六轴分电板设计 19年自己组装了一台大四轴,当时瞧不上某宝几块钱的分电板于是自己动手画了一个。可...
发表于 2020-01-04 16:26 889次阅读
六轴无人机分电板