超低功耗印刷电子器件和用于无电池智能设备的绿色室内光伏

发布时间:2021-01-09访问量:629设置

      物联网(IoT)是一场正在进行中的电子革命,旨在将智能设备投放到日常物品和环境中,为其提供“智能”和数据连接。这有望提高我们的生活质量以及业务的效率和可持续性。为了使它们无处不在且无缝传播成为可能,智能设备首先应具有易于制造且成本低廉的特点,同时还应能够利用环境中可用的微小能量来运行。

      在过去的几十年中,打印技术作为制造电子器件的一种廉价方式吸引了相当多的关注,并且对于物联网应用而言它是理想选择。 然而,如何开发功耗足够低的印刷电子器件以解决实际应用是一个长期的关键挑战。

      近期,苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM)的Pecunia副教授及其团队开发了一种能克服这一挑战的方法。“我们建立了一种基于“深亚阈值-平衡-双极性”薄膜晶体管的印刷电子技术的新范式,” Pecunia副教授说:“这种范式使得仅用单一半导体材料就可以实现超低功耗印刷操作。” “我们还进一步使用了碳纳米管为特征的薄膜晶体管作演示,并基于纳米材料的策略来微调其特性,从而证明了这种范式确实实现了创纪录的低功耗电路。” Pecunia副教授在主持这项研究的基础上,利用其国际关系和学术资源,联合剑桥大学(英国),阿卜杜拉国王科技大学(沙特阿拉伯),中国科学院(中国)和上海科技大学(中国)展开研究合作。该突破性成果发表于ACS Nano期刊。

 

(图片来源:PecuniaLab)

Pecunia副教授在超低功耗印刷电子器件和绿色室内光伏技术方面的突破,

为开发可从环境光中充电的低成本智能设备铺平道路。


      鉴于大量IoT装置需要无线连接并在室内应用,Pecunia副教授及其团队也一直在寻找收集室内环境能量的方法以开发自供电电子器件。虽然电池作为一种传统电源可实现无线操作,但倘若设想需要大量电池为数百亿个IoT设备持续供电,这将面临明显的现实困难和不可持续问题的挑战。

      Pecunia副教授及其团队近期致力于具有光电转换性能、被称作无铅钙钛矿衍生物(lead-free perovskite-inspired materials ,简称PIM)的一种新型绿色环保半导体材料。这种材料被认为具有替代传统经典的铅基钙钛矿材料的潜力,因为铅基钙钛矿材料虽然具有高光伏性能却含有毒的铅。

      “当科研圈把视野局限在无铅钙钛矿衍生物在太阳能方面的光伏性能时,我们团队却发现它们更适合收集室内环境的光能量,”Pecunia副教授说:“使用基于锑和铋的钙钛矿衍生物,我们已经实现了高达5%的室内光伏效率,这已经达到了室内光伏技术的行业标准。”Pecunia副教授在主持这项研究的基础上,邀请了伦敦帝国理工学院(英国)和剑桥大学(英国)参与合作研究。该研究成果发表在Advanced Energy Materials期刊上。


      鉴于以上研究的科学意义和技术前景,Pecunia副教授及其团队的成果已引起多家世界媒体的关注和报道,包括中国国际电视台(CGTN),中国日报(China Daily),EurekaAlert!,PV Magazine,TechXplore,每日科学(ScienceDaily),NanoWerk,英国剑桥大学官网、和英国伦敦帝国理工大学官网等。Pecunia副教授及其团队在超低功耗印刷电子器件和绿色室内光伏技术方面的突破,为采用环境光驱动、低成本的智能设备开发铺平了道路,这将在生物医学,智能家居,基础设施监控和智慧城市中,实现IoT应用更广泛的“一劳永逸”。


代表性论文

L. Portilla*, J. Zhao†, Y. Wang, L. Sun, F. Li, M. Robin, M. Wei, Z. Cui, L. G. Occhipinti†, T. D. Anthopoulos†, V. Pecunia†*, Ambipolar Deep-Subthreshold Printed-Carbon-Nanotube Transistors for Ultralow-Voltage and Ultralow-Power Electronics, ACS Nano, 2020, 14, 10, 14036–14046, DOI: 10.1021/acsnano.0c06619. 


Y. Peng*, T. N. Huq*, J. Mei*, L. Portilla, R. A. Jagt, L. G. Occhipinti, J. L. MacManus-Driscoll, R. L. Z. Hoye†, V. Pecunia†, Lead-Free Perovskite-Inspired Absorbers for Indoor Photovoltaics, Advanced Energy Materials, 2002761, 2020, DOI: 10.1002/aenm.202002761.


责任编辑:向丹婷

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