一、研究背景 "高效光伏驱动微型化、长寿命野外探测物联网节点微能源系统研制"项目属新能源技术领域。传统物联网节点通常采用一次电源（不可充电）供电，在电力耗尽时需要人工更换电源，对野外应用场景的节点维护带来不便，影响了节点的规模化应用推广。项目组在十多年探测微型化能源设计与制作研究基础上，创新性地研究开发了基于高效光伏技术、微能源管理技术、信号探测与处理技术和无线收发技术的微能源集成系统，实现白天光伏供电，夜间锂电供电模式，同时对能源进行低功耗管理，大幅延长节点寿命，实现物联网节点的无人值守。项目组通过研究取得了一系列具有原创性的技术发明成果，将带动野外应用物联网技术的应用。在野外海岛防控、森林防火、环境监测、城市智能安防监控应用方面具有应用潜力。该项目得到上海市自然科学基金项目支持。 二、研究内容与创新 针对现有物联网节点需要人工更换电池的不足，开发基于光伏供电与锂电池储能的微型化集成供能单元，统筹设计传感器和无线收发模块功耗，开发低功耗、长寿命的物联网供能单元。 研究内容：1、通过电池结构优化设计，采用等离子体成膜工艺制备出5片效率高达19%的晶硅高效太阳电池（每片面积为2×2平方厘米）贴封于节点四周和上表面，充分吸收太阳光能量，在电控电路的控制下；2、开展锂电池材料和结构性能研究，开展电极和电解液研究，探索光储存于锂电池的微型化集成途径；3、采用3DMCM技术，将控制电路、锂电池和RF收发模块三维堆叠封装，大幅减小节点体积；控制电路主控芯片功耗低于1毫瓦，体积小于8立方厘米。最终为节点提供连续15天以上阴天不间断供电能力；为野外物联网节点全天候工作提供技术手段，为同类微型化能源系统提供技术思路。创新点：1、高效率、低成本：采用带隙梯度化方法和表面减反技术，减少表面的光学反射，提高电池内部的光学吸收效率，研制出高效率薄膜太阳电池，效率达到10%，通过上海市科委验收（附件：验收意见），效率相当于同类化合物太阳电池的1/5，相当与晶体硅太阳电池的成本的1/2，最终降低节点总体成本；2、微型化：首次采用3DMCM封装技术，将传感器、RF模块和储能电池及太阳电池组和，减小系统体积，总体积为8立方厘米，隐蔽性好，体积功率密度高（20.5Wh/l）；3、长寿命：采用低功耗的控制电路设计方案，降低电路静态功耗，采用睡眠-唤醒机制节省工作损耗，保障每小时发送1次数据，连续15天阴天可正常工作；4、系统能量可评估性：综合考虑能量捕获、传输和损耗，首次将能量捕获与储存优化设计应用于太阳能-锂电池微能源，通过调节电学参数，结构参数，形成优化设计方法，提高了制作的可预见性。 三、成果与应用 项目组经过多年时间的研究，形成系列研究成果。以第一作者为SCI或EI收集论文12篇，总计引用80次以上。形成10项专利，其中3项已授权，1项已许可企业使用，以负责人身份承担项目5项以上，项目经费200万元以上。研究出的微能源节点许可杜邦太阳能（深圳）科技有限公司、上海涛尔信息科技有限公司和上海利邦高技术发展有限公司评价。许可使用费50万，创造产值30万