une, Schéma de l'architecture du dispositif OPV ; b, échantillon OPV fabriqué comprenant huit cellules individuelles et quatre plots de mise à la terre communs ; c, schéma fonctionnel du système de transmission de données de lumière visible à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) ; ré, configuration expérimentale MIMO 2 par 2 avec un seul objectif d'imagerie ; e, rapport signal sur bruit (SNR) estimé et mesuré des deux canaux MIMO ; F, chargement de bits adaptatif appliqué au schéma de codage de données de multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM). Les matériaux organiques utilisés dans l'OPV sont le PTB7-Th et l'EH-IDTBR. Les sous-porteuses qui présentent le SNR le plus élevé sont exposées à des signaux avec jusqu'à 256 points de constellation de signaux uniques conduisant à la transmission de 8 (log2(256)) bits par étape de transmission. En comparaison, l'activation-désactivation (OOK) n'autoriserait qu'un bit par transmission. Dans le système MIMO 2-par-2, il y a deux canaux indépendants et par conséquent, le nombre maximum de bits pouvant être transmis par étape de transmission est de 16 dans les régions à SNR élevé. Crédits :Iman Tavakkolnia, Lethy K. Jagadamma, Rui Bian, Pavlos P. Manousiadis, Stefan Videv, Graham A. Turnbull, Ifor D. W. Samuel et Harald Haas
Autour du monde, il existe actuellement plus de 18 milliards d'appareils mobiles connectés à Internet. Au cours des 10 prochaines années, croissance attendue de l'internet des objets (IoT) et de la communication de type machine en général, conduira à un monde de centaines de milliards d'objets connectés aux données. Une telle croissance pose deux problèmes très difficiles :
Ordinaire, le chargement manuel de tous les appareils mobiles connectés à Internet ne sera pas possible, et la connexion au réseau électrique ne peut généralement pas être supposée. Par conséquent, bon nombre de ces appareils mobiles devront être capables de récolter de l'énergie pour devenir largement autonomes en énergie.
Dans un nouvel article publié dans Lumière :science et applications , des chercheurs de l'Université de Strathclyde et de l'Université de St. Andrews ont démontré un panneau solaire en plastique qui combine la récupération d'énergie optique intérieure avec la réception simultanée de plusieurs signaux de données à haute vitesse par communications à lumière visible à entrées/sorties multiples (MIMO) (VLC ).
La recherche, dirigé par le professeur Harald Haas du Strathclyde LiFi Research and Development Centre, et les professeurs Ifor Samuel et Graham Turnbull au St. Andrews Organic Semiconductor Centre, fait un pas important vers la réalisation future de l'auto-alimentation, appareils connectés aux données.
Les équipes de recherche ont montré que le photovoltaïque organique (OPV), des cellules solaires fabriquées à partir de matériaux similaires à ceux du plastique utilisés dans les écrans de smartphone OLED, conviennent aux récepteurs de données optiques à grande vitesse qui peuvent également récupérer de l'énergie. En utilisant une combinaison optimisée de matériaux semi-conducteurs organiques, des OPV stables ont été conçus et fabriqués pour une conversion efficace de la puissance de l'éclairage intérieur. Un panel de 4 cellules OPV a ensuite été utilisé dans une expérience de communication optique sans fil, recevoir un débit de 363 Mb/s d'un réseau de 4 diodes laser (chaque laser émettant un signal distinct), tout en récoltant simultanément 11 mW de puissance optique.
Le professeur Turnbull a expliqué :« Le photovoltaïque organique offre une excellente plate-forme pour la récupération d'énergie en intérieur pour les appareils mobiles. Leur avantage par rapport au silicium est que les matériaux peuvent être conçus pour atteindre une efficacité quantique maximale pour les longueurs d'onde d'éclairage LED typiques. cela ouvre une opportunité significative pour les appareils Internet des objets auto-alimentés."
Le professeur Haas a dit :« Les cellules photovoltaïques organiques sont très attractives car elles sont faciles à fabriquer et peuvent être flexibles, permettant une intégration de masse dans les appareils connectés à Internet. En outre, par rapport aux détecteurs inorganiques, Les VPO ont le potentiel d'être nettement moins chers, qui est un facteur clé de leur adoption commerciale à grande échelle.
« La communication par la lumière visible fournit des informations non régulées, de vastes ressources pour atténuer les goulots d'étranglement émergents en matière de capacité sans fil. Bien sûr, la lumière visible peut également fournir de l'énergie. Pour atteindre les deux objectifs avec un seul appareil, de nouvelles cellules solaires sont nécessaires. Ils doivent être capables de collecter simultanément de l'énergie et de détecter des données à grande vitesse. Il est donc essentiel de développer des cellules solaires qui présentent deux caractéristiques essentielles :(a) elles présentent une très grande bande passante électrique dans le mode de fonctionnement photovoltaïque, et (b) avoir une grande zone de collecte pour pouvoir collecter un nombre suffisant de photons pour obtenir un rapport signal/bruit (SNR) élevé et récupérer un maximum d'énergie de la lumière.
« Les deux exigences sont généralement mutuellement exclusives car une grande zone de détection entraîne une capacité élevée et donc une faible bande passante électrique. Dans cette recherche, nous avons surmonté cette limitation fondamentale en utilisant un réseau de cellules OPV comme récepteur MIMO pour établir plusieurs canaux de données parallèles et indépendants tout en étant capable d'accumuler les énergies récoltées de toutes les cellules solaires individuelles. Au meilleur de notre connaissance, cela n'a jamais été montré auparavant. Ce travail pose donc les bases de la création d'un très grand, récepteur de cellules solaires MIMO massif permettant des centaines et potentiellement des milliers de flux de données individuels tout en utilisant l'immense zone de collecte pour récolter de grandes quantités d'énergie à partir de la lumière (à la fois le transport de données et la lumière ambiante). Il est imaginable de transformer des murs entiers en un détecteur de données gigabit par seconde tout en récoltant suffisamment d'énergie pour alimenter de nombreux capteurs intelligents distribués, nœuds de traitement des données et de communication.
