스마트 빌딩 센서에서 자산 추적기까지 많은 실내 IoT 기기는 단순한 설계로 인해 여전히 일회용 배터리에 의존합니다. 그러나 이러한 의존성은 몇 가지 과제를 가지고 있습니다.제한된 수명까지 포함해서이러한 요소들은 IoT 장치의 신뢰성에 직접 영향을 미칩니다.
또한, 배터리 교환은 시간이 오래 걸리고 효율적이지 않습니다. 이것은 사물 인터넷이 "자율적이고 장치가 항상 온라인"이라는 비전에 반대합니다. 따라서,신뢰성을 높이기 위해 실내 IoT 노드 전원을 공급하는 새로운 방법을 채택해야합니다., 유지보수 비용을 최소화하고 대규모 배치를 촉진합니다.
트랜스포마 인사이트의 보고서에 따르면, IoT 장치의 성장은 2030년까지 에너지 수요를 34 테라와트 시간 증가시킬 것으로 예상됩니다.이 과제를 해결하기 위한 핵심은 실내 태양 전지를 지속적으로 공급하는 것입니다., 지속 가능한 재료를 사용하여 배터리를 사용하지 않고 전자 폐기물을 줄이고 컴퓨팅 및 데이터 전송에 필요한 에너지 소비 비용을 최대한 줄입니다.
최근 몇 년 동안 실내 환경에 맞춘 태양광 기술은 재료와 구조에 있어 상당한 발전을 이루었습니다.크리스탈린 실리콘은 야외 태양 전지 패널의 표준 활성 물질입니다.그러나 전형적인 실내 광원은 가시 범위에서만 빛을 방출하기 때문에 최적의 광대격은 1.9-2.0 eV가 된다.
따라서 결정적 실리콘은 실내 조명 조건에서 낮은 성능을 가지고 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 산업은 빛 채집 기술을 사용하여 실내 대안을 개발했습니다.아모르프 실리콘을 포함하여, 염색체 감수성 태양전지 (DSSC), 과산화 태양전지, 유기 광전지.
그림 1: 파나소닉 에너지의 AM-1456CA-DGK-E amorphous 태양 전지는 유리 기판을 사용합니다. (사진 소스: 파나소닉 에너지)
사물인터넷을 위한 주요 실내 태양광 기술
1. 아모르프 실리콘 (a-Si) 배터리
아모르프 실리콘 (a-Si) 은 실내 조명용 최적 값에 가까운 약 1.6 eV의 광 광역 간격을 가진 성숙한 얇은 필름 태양 기술입니다.이것은 저전력 실내 IoT 장치에 통합되는 최초의 기술입니다..
무형 실리콘의 스펙트럼 일치 특성과 낮은 빛 수준에서 상대적으로 높은 오픈 서킷 전압으로 인해a-Si는 전형적인 실내 조명 조건에서 결정적 실리콘보다 더 잘 작동합니다.테스트는 LED 실내 조명 하에서 수소화 A-Si 태양 전지의 효율이 21%에 도달 할 수 있음을 보여주었습니다.
a-Si 태양 전지의 주요 장점은 가시성 플라즈마 소스를 사용하여 얇은 필름을 제조하는 것이 비용 효율적입니다.이것은 저렴한 유연한 기판에 태양 전지를 제조 할 수 있습니다..
그러나 이 기술은 새로운 기술과 같은 전력을 생산하기 위해 더 큰 배터리 면적이 필요하다는 큰 한계를 가지고 있습니다.각 a-Si 배터리가 개별적으로 생성하는 전압은 상대적으로 낮습니다., 그래서 일반적으로 IoT 장치에 필요한 전압을 얻기 위해 각 배터리를 연속으로 연결하는 것이 필요합니다.
그림 2: TDK 코퍼레이션의 BCS4430B6 아모르프 얇은 유연 태양전지, 오픈 서킷 전압 4.2V (사진 소스: TDK 코퍼레이션)
2염색체 감수성 태양전지 (DSSC)
새로운 세대의 태양광 장치로서, DSSC의 작동 원리는 광합성과 유사합니다. 작동 전극에 있는 염료는 광 민감성을 통해 전자를 생성합니다.그 다음에는 redox 반응으로 전해질에 의해 보충됩니다.이 염료는 실내 광원의 방출 스펙트럼에 따라 최적화 될 수 있으므로 실내 IoT 애플리케이션에 매우 적합합니다.
다른 디자인 접근법은 복합 광아노드와 같은 다차원 나노 구조를 사용하는 것입니다.이 구조는 빛 캡처와 전하 수집 기능을 향상시키기 위해 분산 기능을 결합한 연구 논문은 새로운 유형의 나노 구조가 0.014 mW/cm2의 극히 약한 인공 조명 조건에서 24%의 전력 변환 효율을 달성했다고 주장합니다.
3페록시드 태양전지 (PSC)
실내용의 또 다른 유망한 대안은 PSC입니다. 이 물질에 대한 연구는 2015년에 시작되었습니다.연구자들은 전자 운송 층을 설계함으로써 페로브스카이트 활성층의 함정 상태와 운반기 역학에 대한 통제를 달성했습니다.그 결과 PSC는 실내 환경에서 27.4%의 전력 변환 효율을 달성했습니다.
페로브스카이트는 용액으로 처리 할 수있는 반도체 물질의 일종입니다. 이 물질은 1.8 eV의 이상 대역 간격 값에 조정 될 수 있으며 높은 태양광 특성을 가지고 있습니다.따라서 LED 광원 및 형광 조명 조건에서 뛰어난 광 전기 변환 효율을 나타냅니다.페로브스카이트 실내 광전기 (IPV) 의 효율은 역사적인 최고 수준에 도달했습니다. 2025 년 연구 보고서에 따르면 1000 럭스의 전력 변환 효율은 42%였습니다.역대 최고 기록.
4유기 광전지 전지 (OPV)
유기 광전기 기술 (OPV) 는 빛을 흡수하고 전기를 생성하기 위해 반도체로서 탄소 기반 분자를 사용합니다. 분자 설계를 통해,유기 반도체는 강한 가시 스펙트럼 특성을 갖도록 사용자 정의 할 수 있습니다.최적화된 실내 OPV는 낮은 조명 조건에서 가장 좋은 DSSC 또는 과산화 세포와 비교할 수 있는 거의 30%의 전력 변환 효율을 보여줍니다.
이러한 특성으로 OPV는 PET 플라스틱과 같은 기판에 얇은 유연한 필름으로 인쇄 할 수 있기 때문에 불규칙한 모양의 분리된 IoT 배포에 특히 적합합니다.일부 회사 들 은 심지어 다양한 모양 으로 굽거나 적응 할 수 있는 유연 한 실내 태양 전지 필리핀 을 생산 한다사물인터넷 설계자들에겐 태양전지가 센서 표면에 얇은 필름이나 스티커 스타일의 전력 필름과 같은 장치에 쉽게 통합될 수 있다는 것을 의미합니다.