uma, Esquema da arquitetura do dispositivo OPV; b, amostra de OPV fabricada incluindo oito células individuais e quatro almofadas de aterramento comuns; c, diagrama de blocos do sistema de transmissão de dados de luz visível de múltiplas entradas e saídas (MIMO); d, configuração experimental de MIMO 2 por 2 com uma única lente de imagem; e, relação sinal-ruído (SNR) estimada e medida dos dois canais MIMO; f, carregamento de bits adaptável aplicado ao esquema de codificação de dados de multiplexação por divisão ortogonal de frequência (OFDM). Os materiais orgânicos usados na OPV são PTB7-Th e EH-IDTBR. As subportadoras que exibem o SNR mais alto são expostas a sinais com até 256 pontos de constelação de sinal exclusivos, levando à transmissão de 8 (log2 (256)) bits por etapa de transmissão. Para comparação, a codificação on-off (OOK) permitiria apenas um bit por transmissão. No sistema MIMO 2 por 2, existem dois canais independentes e, consequentemente, o número máximo de bits que podem ser transmitidos por etapa de transmissão é 16 nas regiões SNR altas. Crédito:Iman Tavakkolnia, Lethy K. Jagadamma, Rui Bian, Pavlos P. Manousiadis, Stefan Videv, Graham A. Turnbull, Ifor D. W. Samuel e Harald Haas
Ao redor do mundo, Existem atualmente mais de 18 bilhões de dispositivos móveis conectados à Internet. Nos próximos 10 anos, crescimento previsto na Internet das Coisas (IoT) e na comunicação do tipo máquina em geral, levará a um mundo de centenas de bilhões de objetos conectados a dados. Esse crescimento apresenta dois problemas muito desafiadores:
Regular, o carregamento manual de todos os dispositivos móveis conectados à Internet não será viável, e a conexão à rede elétrica não pode ser geralmente assumida. Portanto, muitos desses dispositivos móveis precisarão ser capazes de coletar energia para se tornarem amplamente autônomos em termos de energia.
Em um novo artigo publicado em Light:Ciência e Aplicações , pesquisadores da University of Strathclyde e da University of St. Andrews demonstraram um painel solar de plástico que combina a captação de energia óptica interna com a recepção simultânea de vários sinais de dados de alta velocidade por comunicações de luz visível (MIMO) de entrada / saída múltipla (MIMO) (VLC) )
A pesquisa, liderado pelo Professor Harald Haas do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Strathclyde LiFi, e os professores Ifor Samuel e Graham Turnbull no St. Andrews Organic Semiconductor Center, dá um passo importante para a realização futura de autoalimentação, dispositivos conectados por dados.
As equipes de pesquisa mostraram que fotovoltaicos orgânicos (OPVs), células solares feitas de materiais semelhantes aos plásticos usados em telas OLED de smartphones, são adequados para receptores de dados ópticos de alta velocidade que também podem coletar energia. Usando uma combinação otimizada de materiais semicondutores orgânicos, OPVs estáveis foram projetados e fabricados para conversão de energia eficiente de iluminação interna. Um painel de 4 células OPV foi então usado em um experimento de comunicação óptica sem fio, receber uma taxa de dados de 363 Mb / s de uma matriz de 4 diodos de laser (cada laser transmitindo um sinal separado), enquanto colhe simultaneamente 11 mW de potência óptica.
O Prof Turnbull explicou:"A fotovoltaica orgânica oferece uma excelente plataforma para coleta de energia interna para dispositivos móveis. Sua vantagem sobre o silício é que os materiais podem ser projetados para atingir a máxima eficiência quântica para comprimentos de onda típicos de iluminação LED. Combinado com a capacidade de recepção de dados, isso abre uma oportunidade significativa para dispositivos de Internet das Coisas com alimentação própria. "
Prof Haas disse, "As células fotovoltaicas orgânicas são muito atraentes porque são facilmente fabricadas e podem ser flexíveis, permitindo integração em massa em dispositivos conectados à Internet. Além disso, em comparação com detectores inorgânicos, OPVs têm o potencial de ser significativamente mais baratos, que é um fator chave para sua adoção comercial em larga escala.
"A comunicação de luz visível fornece dados não regulamentados, vastos recursos para aliviar os gargalos emergentes da capacidade sem fio. Claro, a luz visível também pode fornecer energia. Para atingir os dois objetivos com um único dispositivo, novas células solares são necessárias. Eles devem ser capazes de coletar energia e detectar dados simultaneamente em altas velocidades. Portanto, é essencial desenvolver células solares que tenham duas características principais:(a) elas exibem uma largura de banda elétrica muito grande no modo fotovoltaico de operação, e (b) ter uma grande área de coleta para ser capaz de coletar um número suficiente de fótons para atingir uma alta relação sinal-ruído (SNR) e colher o máximo de energia da luz.
"Os dois requisitos são normalmente mutuamente exclusivos porque uma grande área de detector resulta em uma alta capacitância e, portanto, em uma largura de banda elétrica baixa. Nesta pesquisa, nós superamos esta limitação fundamental usando uma matriz de células OPV como um receptor MIMO para estabelecer múltiplos canais de dados paralelos e independentes enquanto podemos acumular as energias colhidas de todas as células solares individuais. Para o melhor de nosso conhecimento, isso nunca foi mostrado antes. Este trabalho, portanto, estabelece a base para a criação de um grande, enorme receptor de células solares MIMO permitindo centenas e potencialmente milhares de fluxos de dados individuais enquanto usa a enorme área de coleta para coletar grandes quantidades de energia da luz (tanto para transporte de dados quanto para luz ambiente). É imaginável transformar paredes inteiras em um detector de dados de gigabits por segundo enquanto coleta energia suficiente para alimentar muitos sensores inteligentes distribuídos, nós de processamento de dados e comunicação. "
