a, Esquema de la arquitectura del dispositivo OPV; B, muestra de OPV fabricada que incluye ocho celdas individuales y cuatro almohadillas de tierra comunes; C, diagrama de bloques del sistema de transmisión de datos de luz visible de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO); D, configuración MIMO experimental de 2 por 2 con una única lente de imagen; mi, relación señal / ruido (SNR) estimada y medida de los dos canales MIMO; F, carga de bits adaptativa aplicada al esquema de codificación de datos de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM). Los materiales orgánicos utilizados en la OPV son PTB7-Th y EH-IDTBR. Las subportadoras que exhiben la SNR más alta están expuestas a señales con hasta 256 puntos de constelación de señales únicos que conducen a la transmisión de 8 (log2 (256)) bits por paso de transmisión. Para comparacion, la codificación on-off (OOK) solo permitiría un bit por transmisión. En el sistema MIMO 2 por 2, hay dos canales independientes y, en consecuencia, el número máximo de bits que se pueden transmitir por paso de transmisión es 16 en las regiones de alta SNR. Crédito:Iman Tavakkolnia, Lethy K. Jagadamma, Rui Bian, Pavlos P. Manousiadis, Stefan Videv, Graham A. Turnbull, Por D. W. Samuel y Harald Haas
Alrededor del mundo, Actualmente hay más de 18 mil millones de dispositivos móviles conectados a Internet. En los próximos 10 años, el crecimiento previsto en Internet de las cosas (IoT) y en la comunicación de tipo máquina en general, conducirá a un mundo de cientos de miles de millones de objetos conectados a datos. Tal crecimiento plantea dos problemas muy desafiantes:
Regular, la carga manual de todos los dispositivos móviles conectados a Internet no será factible, y la conexión a la red eléctrica no se puede asumir en general. Por lo tanto, muchos de estos dispositivos móviles necesitarán poder recolectar energía para volverse en gran medida autónomos desde el punto de vista energético.
En un nuevo artículo publicado en Luz:ciencia y aplicaciones , Investigadores de la Universidad de Strathclyde y la Universidad de St. Andrews han demostrado un panel solar de plástico que combina la recolección de energía óptica en interiores con la recepción simultánea de múltiples señales de datos de alta velocidad mediante comunicaciones de luz visible (VLC) de múltiples entradas / múltiples salidas (MIMO). ).
La investigación, dirigido por el profesor Harald Haas del Centro de Investigación y Desarrollo Strathclyde LiFi, y los profesores I para Samuel y Graham Turnbull en el St. Andrews Organic Semiconductor Center, da un paso importante hacia la realización futura de autoalimentación, dispositivos conectados a datos.
Los equipos de investigación demostraron que la energía fotovoltaica orgánica (OPV), células solares fabricadas con materiales similares al plástico a los que se utilizan en las pantallas de teléfonos inteligentes OLED, son adecuados para receptores de datos ópticos de alta velocidad que también pueden recolectar energía. Usando una combinación optimizada de materiales semiconductores orgánicos, Se diseñaron y fabricaron OPV estables para una conversión de energía eficiente de la iluminación interior. Luego se utilizó un panel de 4 celdas OPV en un experimento de comunicación inalámbrica óptica, recibir una velocidad de datos de 363 Mb / s de una matriz de 4 diodos láser (cada láser transmite una señal separada), mientras recolecta simultáneamente 11 mW de potencia óptica.
El profesor Turnbull explicó:"La energía fotovoltaica orgánica ofrece una plataforma excelente para la recolección de energía en interiores para dispositivos móviles. Su ventaja sobre el silicio es que los materiales se pueden diseñar para lograr la máxima eficiencia cuántica para longitudes de onda de iluminación LED típicas. Combinado con la capacidad de recepción de datos, esto abre una oportunidad significativa para los dispositivos de Internet de las cosas autoamplificados ".
El profesor Haas dijo:"Las células fotovoltaicas orgánicas son muy atractivas porque se fabrican fácilmente y pueden ser flexibles, permitiendo la integración masiva en dispositivos conectados a Internet. Además, en comparación con los detectores inorgánicos, Las OPV tienen el potencial de ser significativamente más baratas, que es un factor clave para su adopción comercial a gran escala.
"La comunicación de luz visible proporciona vastos recursos para aliviar los cuellos de botella emergentes de capacidad inalámbrica. Por supuesto, la luz visible también puede proporcionar energía. Para lograr ambos objetivos con un solo dispositivo, se necesitan nuevas células solares. Deben ser capaces de recolectar energía y detectar datos a alta velocidad simultáneamente. Por lo tanto, es esencial desarrollar células solares que tengan dos características clave:(a) exhiban un ancho de banda eléctrico muy grande en el modo de operación fotovoltaico, y (b) tener un área de recolección grande para poder recolectar una cantidad suficiente de fotones para lograr una alta relación señal / ruido (SNR) y recolectar la máxima energía de la luz.
"Los dos requisitos suelen ser mutuamente excluyentes porque un área de detector grande da como resultado una capacitancia alta y, por lo tanto, un ancho de banda eléctrico bajo. En esta investigación, hemos superado esta limitación fundamental mediante el uso de una serie de celdas OPV como receptor MIMO para establecer múltiples canales de datos paralelos e independientes al mismo tiempo que podemos acumular las energías recolectadas de todas las celdas solares individuales. A lo mejor de nuestro conocimiento, esto nunca se ha demostrado antes. Por lo tanto, este trabajo sienta las bases para la creación de una gran, Receptor de células solares MIMO masivo que permite cientos y potencialmente miles de flujos de datos individuales mientras se usa el área de recolección enorme para recolectar grandes cantidades de energía de la luz (tanto de transporte de datos como de luz ambiental). Es imaginable convertir paredes enteras en un detector de datos de gigabit por segundo mientras se recolecta suficiente energía para alimentar muchos sensores inteligentes distribuidos. Nodos de procesamiento de datos y comunicación ".
