Солнечные элементы преобразуют световую энергию в электричество, а принцип датчиков изображения - преобразовывать свет в электронные сигналы. Если вы можете объединить два в одном, вы можете получить датчик изображения с собственными возможностями солнечной зарядки. Исследователи из Университета Мичигана недавно заявили, что Они уже сделали этот датчик. Датчик может снимать 15 кадров в секунду только дневным солнечным светом.
Руководитель исследовательской группы Euisik Yoon, профессор электротехники и информатики Мичиганского университета, сказал, что в сочетании с микропроцессором и беспроводной приемопередающей системой этот датчик может создать компактную камеру, которая может передавать изображения.
Предыдущие светочувствительные датчики изображения можно условно разделить на две категории: первая категория - заменить некоторые пиксели датчика на фотогальванические элементы. Этот метод теоретически не проблема, но увеличение количества фотогальванических ячеек должно уменьшать количество пикселей. , и наоборот. Вторая категория - позволить переключателю пикселей между состоянием изображения и состоянием генерации энергии. В принципе это также возможно, но система будет более сложной и неизбежно ограничивает максимальное количество кадров в секунду датчика.
Профессор Юн и постдокторский парк Сун-Юнь создали третий метод: они заметили, что многие фотоны пришли в камеру, но они не были преобразованы в электричество с помощью фотодиодов, но пересекли щель между фотодиодами и передали энергию на Затем два человека помещали второй слой диода за фотодиод в качестве фотогальванического слоя для преобразования этих электронов в электрическую энергию. Таким образом, энергия фотона, достигающая датчика, использовалась более полно.
Поскольку фотогальванические диоды использовались в течение длительного времени, они никогда не использовались для выработки электроэнергии за счет утечки энергии фотонов, поэтому они не занимают ценного пространства пикселей изображения и не требуют сложных операций переключения.
Датчик выполнен с использованием стандартного CMOS-процесса, но его структура пикселей и электрические характеристики сильно отличаются от обычных датчиков. Во-первых, пиксели новой системы содержат PN-переход и диод с питанием под фотодиодом. Во-вторых, Традиционные пиксели используют отрицательно заряженные электроны в качестве носителей заряда. Новая система использует положительно заряженные дыры в качестве носителей заряда как для формирования изображений, так и для генерации энергии. Отверстия движутся быстрее, чем электроны, но они не влияют на изображение.
Слева изображение, снятое со скоростью 7,5 кадров в секунду, а справа - изображение, снятое со скоростью 15 кадров в секунду.
Новый датчик имеет размер пикселя 5 микрон и мощность генерации 998 пиковатт на квадратный миллиметр на люкс, превосходящий все самогенерирующие датчики на сегодняшний день. Яркость ярких солнечных дней составляет 60 000 люкс, что позволяет системе работать со скоростью 15 кадров в секунду Стрельба Обычные условия освещения составляют 20 000-30 000 люкс. Максимальная скорость съемки составляет 7,5 кадров в секунду. Стандартная частота кадров видео составляет 30 кадров в секунду, но это не требуется.
Кроме того, исследовательская группа заявила, что есть возможности для снижения энергопотребления системы. Команда экспериментировала со множеством маломощных технологий, включая автоматическую настройку частоты кадров на основе света, чтобы позволить системе обеспечивать более высокие кадры в одном и том же свете. ставка.
Следующей целью проекта станет практическая самозарядная беспроводная камера передачи.