本发明属于自维持物联网节点领域，涉及一种利用柔性大面积高效钙钛矿太阳能电池为物联网节点供能的方法。
背景技术：
1、目前，基于电池或电缆供电的物联网节点数量已达到170亿个，预计到2030年将达到290亿个。这些节点的广泛部署带来了与线路损坏和电池更换相关的成本。此外，电源耗尽和更换电池之间的停机时间会带来数据丢失的风险，为了解决物联网节点依赖电池作为主要电源的挑战，采用能量采集器从环境中收集能量提供了一个可行的解决方案。理想的能量采集器必须优先考虑高能量转换效率，并确保所收集的能量是可预测、易于获取，且不受特定环境条件影响的。目前已有大量的利用热能和机械能为物联网节点供能的工作，例如-孙长河等人通过摩擦纳米发电机收集环境中的机械能，制备了自维持传感器以对环境的湿度进行检测；方恒等人通过热电发电机收集环境中的热能，可以对环境中的紫外线强度进行自维持检测。然而温差发电机以及摩擦纳米发电机等依赖于热能和机械能发电，这种能量利用方式仅能适用于特定的环境，能量来源的不确定性对实现全天候、复杂环境和自我维持的物联网节点运行提出了挑战。相比之下，光能是一种可预测，可靠性强的能量，利用光伏电池可以高效的利用光能，基于光伏电池供能的物联网节点可以适用于任何有光的地方。光伏供电的自维持物联网的概念在未来显示出巨大的潜力。然而，由于外部环境条件的可变性(例如室内、多云和下雨)，目前缺乏针对于光伏供电的自维持物联网节点的设计。
2、考虑到光伏供电的物联网节点必须在不同的光照条件下运行，在弱光条件(室内光)下实现高光电转换效率(pce)成为物联网节点的关键要求。在各种光伏技术中，由于硅(1.12ev)和室内光之间的带隙不匹配，硅太阳能电池的pce仅为11.9％。iii-v材料显示出更高的pce(在1000lux照明下为26.8％)，但其高昂的生产成本阻碍了其在物联网节点中的广泛使用。相比之下，钙钛矿材料因其可调的带隙，高吸收系数和可柔性化制备的特点而突出，使其成为各种照明条件的理想选择。并且与其他光伏技术相比，钙钛矿太阳能电池在弱光环境中表现出色，提供了优越的pce。这使得钙钛矿太阳能电池适用于任何照明环境，从自然光到室内光，作为小型物联网传感器和无线传输设备的电源，实现无线供电的自主物联网节点检测。
技术实现思路
1、本项发明提出了一种利用高性能大面积柔性钙钛矿型太阳能电池(fpsm)为物联网节点提供能量的新方法。该方法利用高效率的钙钛矿太阳能电池作为电源，确保在不同光照条件下都能有效地收集能量。此外，我们在自维持物联网节点(ssn)中加入了最大功率点跟踪(mppt)设计，该设计可以实时监测fpsm的开路电压，确保fpsm在不同光强下始终在最大功率点下工作。并且，我们使用zigbee信息通讯模块，该模块可以根据光强变化调节其自身传输频率，使其能够根据钙钛矿太阳能电池在各种光照强度下的输出功率进行自适应调整。这一方法使得物联网节点能够长期自我维持，进行持续的信息监控。
2、本发明的技术方案：
3、一种利用柔性大面积高效钙钛矿太阳能电池为物联网节点供能的系统，主要由供能模块、电源管理模块、无线通信模块、数据采集处理模块组成；
4、供能模块使用高性能大面积柔性钙钛矿型太阳能电池fspm为物联网节点ssn供能，fpsm的吸光层为cs0.05(fa0.87ma0.15)0.95pb(i0.87br0.13)3，通过调节cs:fa:ma＝1:16:3的比例，使其吸收光的带隙在1.5～1.6ev，该设计可以使fpsm高效吸收100lux～1000lux范围内的室内灯光。此外，fpsm使用三节子电池串联的结构，每节子电池设计为5cm2，三节串联的结构可以使fpsm的输出电压维持在2.5～3v之间，并且维持1～1.5mw的稳定功率输出，该设计使fpsm的输出电压不会超过ssn电压的最大充电阈值，并且可以提供稳定的功率输出。
5、电源管理模块主要由mppt跟踪检测器、电容模块、升压转换器、降压转换器组成，其中mppt跟踪检测器被编程为16s/次唤醒，以检测在光强变化时fpsm开路电压的变化。mppt跟踪检测器将fpsm开路电压的80％值作为其最大功率点，以确保fpsm始终在最大功率点处工作。升压转换器可以将fpsm经mppt跟踪检测器转换后的工作电压提升至3.7～3.8v之间，在该电压值下，fpsm可以持续为70f电容模块充电，并将多余的电量经过降压转换器的转换，将电压控制为1.8v，来驱动ssn的其余模块进行信息处理。该部分电路的运行方式为：fpsm的输出电压首先经过mppt跟踪检测器转换至最大功率点电压，然后输送到升压模块进行升压。之后，电力分为两部分：第一部分通过降压模块降压至1.8v，供给负载端；第二部分储存在电容模块中。当fpsm输出电压不足时，电容模块的电压通过降压模块转换至1.8v，为负载端供电。
6、数据采集处理模块主要由pedot:pss温度传感器、pedot:pss湿度传感器、pa级高精度电流检测器和mcu模块组成。其中pedot:pss温度传感器、pedot:pss湿度传感器是根据现有研究合成制备(高福林等人通过将pedot:pss与去离子水、碳纳米管等材料混合制备)。将制备好的溶液装入喷枪中，将溶液喷洒在pa级高精度电流检测器区域持续5～10秒。并在70℃～120℃的热板上固化10～15分钟。喷涂法制备的传感器，其功率消耗仅为32～100nw，可以在超低功耗下进行环境信息的采集。mcu模块被编程为周期性唤醒的方式进行信息处理，可每隔一定时间1s/次～120s/次对由pedot:pss温度传感器、pedot:pss湿度传感器和pa级高精度电流检测器的集成后的电阻进行采样。
7、无线通信模块使用zigbee作为传输方法，zigbee模块被编程为可调传输频率的设计，随光强变化，zigbee传输频率从1s/次～120s/次之间变化，该变化可以使其自身传输能耗从300μw～500μw之间进行调节。
8、本发明的有益效果：我们设计了一个由柔性钙钛矿太阳能电池模块(fpsm)供电的自我维持节点(ssn)。fpsm可以在从昏暗的室内到室外的各种辐照度环境下持续为ssn模块供电。ssn模块通过定制的电源管理算法，可以随fpsm的输出电压变化智能调节自身功耗，并且ssn搭载zigbee通讯模块，可以以及超低功耗的信息传输方式，实现24h的环境温度和湿度无线检测。
1.一种利用柔性大面积高效钙钛矿太阳能电池为物联网节点供能的系统，其特征在于，该系统主要由供能模块、电源管理模块、无线通信模块、数据采集处理模块组成；
