一种集成有机光伏电池的电子猫眼装置

1.本实用新型涉及有机光伏电池应用技术领域，特别涉及一种集成有机光伏电池的电子猫眼装置。


背景技术：

2.传统形式的猫眼往往采用单块或数块凸透镜组成，其具有视野小、老人儿童使用不便、易拆除等缺点。近几年，随物联网技术快速发展，可上传视频、监控门外情形、实时报警的电子猫眼逐渐取代传统猫眼。目前，电子猫眼主要使用干电池供能，电池储存的电量有限，无法满足电子猫眼长期续航要求，而频繁更换电池不仅增加了额外的使用成本，还会对环境造成污染。容纳与更换电池所需的机械结构也易成为从外部暴力拆除电子猫眼的突破口，造成额外的安全隐患。因此，设计一种能够从使用环境中获取可再生能源，并将多余能源加以储存的自供电遥控装置，将有效解决以上问题。
3.电子猫眼装置主要在室内弱光环境下使用，光伏电池能够将室内光转化为电能为其提供可再生的能源。传统晶硅电池在室外发电方面具有优势，使用较为广泛，但其在室内光照条件下的光伏效率较低，难以满足电子猫眼装置在室内光条件下的频繁使用。新型光伏电池，如有机光伏和钙钛矿光伏电池在室内照明环境下具有优异的光伏性能。由于在室内环境下，使用者长期身处集成光伏电池的电子设备的环境中，这对光伏电池本身的安全性有一定要求。而钙钛矿含有毒性物质，会对使用者健康造成危害。有机光伏电池(opv)在室内光下具有高的光伏效率和优异的稳定性，同时电池本身不含高毒性物质，对环境与使用者危害小。且它的光电转化效率仍然存在较大的提升空间，可满足电子猫眼装置的正常运行。因此，亟待开发一种利用室内光下具有高光电转化效率的有机光伏电池供能的电子猫眼装置。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种集成有机光伏电池的电子猫眼装置，在室内光条件下通过有机光伏电池为电子猫眼装置提供可再生电能，并将电能通过超级电容或二次电池储能，实现电子猫眼装置在室内光下自供电与电能储存，减少电子猫眼装置电池的使用、降低使用成本；提高电子猫眼装置集成度、降低安全隐患。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供如下方案：
6.一种集成有机光伏电池的电子猫眼装置，包括微处理器，以及与所述微处理器电性连接的采集传感模组、显示屏、供电模组和通讯模块；
7.其中，所述供电模组包括电性连接的有机光伏模块和蓄电模块；所述有机光伏模块用于将室内光的光能转化为电能；所述蓄电模块用于储存所述有机光伏模块产生的电能，并在所述电子猫眼装置工作时为其供电。
8.优选地，所述蓄电模块包括电性连接的蓄电池和整流管二极管，所述蓄电池、所述整流二极管与所述有机光伏模块之间通过导线连接。
9.优选地，所述采集传感模组包括摄像头和红外感应模块，所述红外感应模块用于检测是否有物体经过，并在检测到有物体经过时启动所述摄像头，所述摄像头用于拍摄视频并传输至所述微处理器。
10.优选地，所述通讯模块为无线通讯模块，采用zigbee协议进行数据传输。
11.优选地，所述显示屏为lcd显示屏或led显示屏，所述显示屏的尺寸为2.1寸或3.5寸。
12.优选地，所述有机光伏模块采用单节或者串联的多节有机光伏电池，以直流电形式为所述蓄电模块充电。
13.优选地，所述有机光伏电池采用刚性结构或者柔性结构，包括依次叠加的阳极、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极；
14.所述阳极和所述阴极的材料选自以下材料中的任意一种：ito、fto、银纳米线、azo、钙、镁、钡、铝、银、金、铜、镍、锌、钛、锰、铁、铂、钼；
15.所述阳极修饰层的材料选自以下材料中的任意一种：pedot:pss、三氧化钼、五氧化二钒、氧化镍；
16.所述阴极修饰层的材料选自以下材料中的任意一种：氟化锂、氧化锌、钛配合物、pfn、氧化锡、pfn-br；
17.所述活性层由给体材料和受体材料制成；
18.所述给体材料选自聚对亚苯基亚乙烯类、聚亚芳基亚乙烯基类、聚对亚苯基类、聚亚芳基类、聚噻吩类、聚喹啉类、叶啉类、卟啉类、酞菁类或寡聚小分子类中的任意一种；
19.所述受体材料选自富勒烯或其衍生物、苝或其衍生物、萘或其衍生物和引达省并二噻吩或其衍生物中的任意一种。
20.优选地，所述有机光伏电池通过喷墨打印或狭缝涂布刮涂的方式制备。
21.优选地，所述蓄电池为镍氢电池或者锂离子电池；所述镍氢电池供电电压为2～5v，容量为40mah、60mah、80mah中的任意一种。
22.优选地，所述室内光光源为led灯、荧光灯、白炽灯或卤素灯中的任意一种，辐照强度为10～5000lux。
23.本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
24.(1)本实用新型利用有机光伏电池在室内光的辐射强度下表现出优良的光电转化效率，相较于市场上普遍商业化生产的太阳能电池(如硅晶电池)，在室内光环境下能够实现30％以上的光电转化效率，同时毒性低、易制造，可广泛应用于室内场景供电。因而将有机光伏电池应用于驱动微电子设备，从而实现在室内光环境下以更高的光电转化效率来驱动电子猫眼装置。
25.(2)本实用新型提供的集成室内光高光电转化效率的有机光伏电池的电子猫眼装置，由有机光伏电池在室内外光环境下为蓄电池充电，由蓄电池为电子猫眼供电，感应拍摄灵敏度高、稳定性强。
26.(3)本实用新型提供的集成室内光高光电转化效率的有机光伏电池的电子猫眼装置，采用有机光伏电池作为供电装置，无需更换干电池，或为如锂电池等二次电池充电，能够实现电子猫眼装置自供电功能，减少使用成本与丢弃电池对环境的污染，并去除装置容纳电池、更换电池和为电池充电的结构，使装置轻量化，提升装置可靠性，不易出现故障，同
时无需为更换电池设计额外的机械结构，减少暴力拆除的突破口，减少安全隐患。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本实用新型实施例提供的集成有机光伏电池的电子猫眼装置的结构示意图；
29.图2是本实用新型实施例中有机光伏电池的结构示意图；
30.图3是本实用新型实施例中标准am 1.5g太阳光谱图以及其积分电流密度示意图；
31.图4是本实用新型实施例中led灯和荧光灯在2700k和6500k的色温下归一化曲线；
32.图5是本实用新型实施例中单晶硅电池在太阳光谱下和2700k色温led灯下的电流-电压曲线；
33.图6a和图6b是本实用新型实施例中制备有机光伏电池样品用到的pbqx-tcl和bta3的结构式；
34.图7是本实用新型实施例1与实施例2中有机光伏电池在太阳光谱下电流-电压曲线；
35.图8是本实用新型实施例1与实施例2中有机光伏电池在2700k色温led灯下的电流-电压曲线。
具体实施方式
36.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
37.本实用新型的实施例提供了一种集成有机光伏电池的电子猫眼装置，如图1所示，所述电子猫眼装置包括微处理器1，以及与微处理器1电性连接的采集传感模组3、显示屏4、供电模组2和通讯模块5；
38.其中，供电模组2包括电性连接的有机光伏模块6和蓄电模块；有机光伏模块6用于将室内光的光能转化为电能；蓄电模块用于储存有机光伏模块6产生的电能，并在电子猫眼装置工作时为其供电。
39.进一步地，蓄电模块包括电性连接的蓄电池8和整流管二极管7，蓄电池8、整流二极管7与有机光伏模块6之间通过导线连接。
40.进一步地，采集传感模组3包括摄像头10和红外感应模块9，红外感应模块9用于检测是否有物体经过，并在检测到有物体经过时启动摄像头10，摄像头10用于拍摄视频并传输至微处理器1。微处理器1将接收到的视频进行常规预处理后通过通讯模块5发送至终端设备(例如：手机)。
41.作为本实用新型的一种具体实施方式，红外感应模块9包括红外传感器，红外传感器监测到电子猫眼前方一定范围有人通过后开启摄像头10，拍摄视频记录；当检测到监视区域无人1分钟后停止视频录制。
42.进一步地，通讯模块5为无线通讯模块，采用zigbee协议进行数据传输。通讯模块5与微处理器1通过电路连接，通讯模块5与外界终端设备连接，并由微处理器1驱动将视频传输至终端设备。
43.进一步地，显示屏4为lcd显示屏或led显示屏，用于显示拍摄的视频，显示屏4的尺寸包括但不限于2.1寸、3.5寸。
44.进一步地，有机光伏模块6采用单节或者串联的多节有机光伏电池，以直流电形式为蓄电模块充电。
45.所述有机光伏电池采用刚性结构或者柔性结构，如图2所示，包括依次叠加的阳极、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极；
46.所述阳极和所述阴极的材料选自但不限于以下材料中的任意一种：ito、fto、银纳米线、azo、钙、镁、钡、铝、银、金、铜、镍、锌、钛、锰、铁、铂、钼；
47.所述阳极修饰层的材料选自但不限于以下材料中的任意一种：pedot:pss、三氧化钼、五氧化二钒、氧化镍；
48.所述阴极修饰层的材料选自但不限于以下材料中的任意一种：氟化锂、氧化锌、钛配合物、pfn、氧化锡、pfn-br；
49.所述活性层由给体材料和受体材料制成；
50.所述给体材料选自但不限于聚对亚苯基亚乙烯类、聚亚芳基亚乙烯基类、聚对亚苯基类、聚亚芳基类、聚噻吩类、聚喹啉类、叶啉类、卟啉类、酞菁类或寡聚小分子类中的任意一种；
51.所述受体材料选自但不限于富勒烯或其衍生物、苝或其衍生物、萘或其衍生物和引达省并二噻吩或其衍生物中的任意一种。
52.作为本实用新型的一种具体实施方式，所述有机光伏电池通过喷墨打印或狭缝涂布刮涂等方式制备。
53.进一步地，蓄电池8为镍氢电池或者锂离子电池；所述镍氢电池供电电压为2～5v，容量包括但不限于40mah、60mah、80mah中的任意一种。
54.本实用新型实施例中的室内光光源包括但不限于led灯、荧光灯、白炽灯或卤素灯中的任意一种，辐照强度为10～5000lux。例如，辐照强度为200～2500lux、500～1500lux等；示例性地，辐照强度为500lux。所述有机光伏电池在该条件下具有良好的光电转化效率，可达30％以上。采用单节或者串联的所述有机光伏电池组成的有机光伏模块6可提供1.2-6v驱动电压，可以为蓄电池8充电，并通过蓄电池8为电子猫眼装置供电。
55.本实用新型实施例中，利用有机光伏电池在室内光的辐射强度下表现出优良的光电转化效率，相较于市场上普遍商业化生产的太阳能电池(如单晶硅电池)，在室内光环境下能够实现30％以上的光电转化效率，同时毒性低、易制造，可广泛应用于室内场景供电。
56.为进一步确认有机光伏电池相较于单晶硅电池在室内光环境下更具优势，采用以下步骤进行验证：
57.标准am 1.5g太阳光谱图以及其积分电流密度如图3所示，led灯和荧光灯在2700k和6500k的色温下归一化曲线如图4所示。
58.在充满n2的手套箱中使用太阳光模拟器和led灯进行测试，测试单晶硅电池的电流密度-电压曲线示于图5。单晶硅电池的光电转化效率为11.9％，相应的电压为5.75v，电
流为2.79ma/cm2，填充因子为0.737。当电池采用2700k色温的led进行测试的时候，在500lux下，器件的光电转化效率仅为3.60％，相应的电压为2.71v，电流为4.62ua/cm2，填充因子为0.434。
59.根据本实用新型的一种优选实施方式，使用pbqx-tcl/bta3(质量比1：1)体系按照一般的加工工艺制备有机光伏电池(器件结构为ito/pedot:pss/pbqx-tcl:bta3/pfn-br/al)，其中，pbqx-tcl(式中n为20)和bta3的结构式如图6a和图6b所示。
60.器件在充满n2的手套箱中使用太阳光模拟器进行测试，该有机光伏电池的电流密度-电压曲线示于图7。光电转化效率为12.0％，相应的电压为1.24v，电流为13.1ma/cm2，填充因子为0.737。在充满n2的手套箱中使用2700k色温led灯进行测试。在500lux下，测试后的电流密度-电压曲线示于图8。其中开路电压为1.07v，短路电流为49.1ua/cm2，填充因子为0.785，光电转化效率为27.7％。
61.以上对比结果证实，单晶硅在室内光下的光电转化效率显著低于太阳光照下，有机光伏电池在室内光环境中光电转化效率高于阳光下，表明有机光伏电池更加适合室内光环境下使用。
62.作为本实用新型的一种优选实施方式，有机光伏模块6包含两块串联的有机光伏电池，在室内光环境下最大输出功率点对应电压可达2.5v。
63.作为本实用新型的一种优选实施方式，蓄电池8为两节串联的镍氢电池，供电电压为2.5v。以上数据表明，有机光伏模块6可在室内光环境下为蓄电池8充电，蓄电池8在黑暗与有光环境下可驱动电子猫眼装置运行，满足装置工作条件。
64.综上所述，本实用新型将有机光伏电池应用于驱动电子猫眼装置，能够有效提高光电转化效率，从而减少电池的更换频次，甚至做到无需更换电池，进而减少猫眼机械结构、提升猫眼结构强度、使用寿命和安全性。
65.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。