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經過數十年的努力，消費電子公司正在推出一種模仿植物光合作用的太陽能技術。這項技術允許裝置在室內充電，並且在某些情況下，甚至在某些情況下可以完全淘汰電池。
這種新型的採光技術與屋頂和太陽能農場中常見的基於晶體矽的太陽能板，以及曾經普遍存在的太陽能計算機上的非晶矽電池都完全不同。它基於化學家在 1960 年代首次探索並在 1980 年代轉變為可操作的太陽能電池的原理。直到現在，才足以滿足消費應用的大規模生產版本出現，使得主流市場可以採用。
現在，包括 Ambient Photonics 和 Exeger 在內的公司都提供這種稱為「染料敏化太陽能電池」的太陽能電池。它們重量輕、可彎曲、採用常見材料，並且可以透過一種印刷過程廉價製造。夏普公司也在研發染料敏化太陽能電池，雖然它們的版本是剛性的，並使用與製造 LCD 面板相同的設備。
在今年於拉斯維加斯舉行的全球最大消費電子展 CES 上，這些薄薄且通常可彎曲的電池出現在耳機、耳塞盒、對講機式耳機、鍵盤、滑鼠和電視遙控器上，可見市場對其的熱烈期待。未來，這些太陽能電池可能會出現在一系列應用中，包括門鎖、電子貨架標籤，最終甚至可能成為「物聯網」一部分的數百萬甚至數十億個網際網路連接傳感器。
過去，太陽能驅動的小工具大多是一個噱頭，原因很簡單： 傳統的矽基太陽能電池雖然可以將陽光轉換為電能， 但在室內光線下進行同樣操作的效率並不高。英國紐卡索大學的化學教授瑪麗娜·佛瑞塔格（Marina Freitag）表示，因此，我們許多人記得的那些計算機上的太陽能電池，只能將照射在它們上面的能量中一小部分轉化為電能。
然而，染料敏化太陽能電池卻不同。它們可以利用室內光線，甚至是微弱的螢光燈光線，產生電能。 佛瑞塔格說，這意味著它們可以在各種情況下為小型電子設備供電，而無需插入電源插座或更換電池。
例如，Ambient Photonics 公司今年在 CES 上展示了一款使用其太陽能電池的耳機，該耳機的電池續航時間可延長 50%。Exeger 公司則展示了一款太陽能鍵盤，據稱鍵盤上的太陽能電池可以在室內燈的照射下為鍵盤供電一年。
這些只是冰山一角。專家表示，染料敏化太陽能電池有潛力徹底改變我們與電子設備的互動方式。例如，想像一下永遠不需要更換電池的門鎖，或者永遠不需要充電的遙控器。
當然，這項技術還處於起步階段。染料敏化太陽能電池的效率仍然沒有傳統矽基太陽能電池那麼高，而且它們在強光下也不像矽基電池那樣高效。然而，隨著這項技術的發展，這些缺點可能會被克服。
總而言之，染料敏化太陽能電池代表著太陽能技術的一項令人興奮的進步。這項技術有潛力為我們日常生活帶來便利，並幫助我們減少對化石燃料的依賴。
新型的染料敏化太陽能電池的運作方式與傳統的矽基太陽能電池完全不同。它們以類似植物的方式捕獲能量，因此可以利用來自幾乎任何角度的光線。針對室內光線，佛瑞塔格博士使用這些電池取得了 38% 的轉換效率，是該技術的歷史紀錄。這意味著，每平方英寸，這些電池可收集能量是電子計算機原本矽基電池十倍以上。
即使在光線不太明亮的房間裡，染料敏化太陽能電池也能捕獲和轉換前所未有的能量，在能量收集技術中無出其右。這些競爭技術（在某些情況下是互補技術）包括系統嘗試從無線電波、振動和微小溫差中「汲取」能量，為傳感器和其他設備供電。
新一代太陽能小工具的另一個關鍵因素是，工程師們正在提高消費電子產品的能源效率。例如，現在可以製造不用插電插座充電的耳機。
以斯德哥爾摩的 Urbanista 第二代 「Los Angeles」 耳機和 「Phoenix」 耳塞為例，這些設備將於今年晚些時候上市，均可使用 Exeger 的 Powerfoyle 太陽能電池，無論室內外都能透過捕獲光線進行充電。這不僅僅是延長電池壽命的噱頭。有些人根據他們的使用頻率，報告說完全不需要從插座為這些設備充電。（附帶的應用程式會顯示充電量以及放在窗臺上、燈下或頭頂時充電速度，這很有幫助。）
要達到目前的狀態，Urbanista 產品總監 Mårten Sahlén 表示，需要擠壓出這些設備每個部分的效率。一個亟待改進的領域是耳機盒上的太陽能板和耳機本身之間的能量損耗。（在每個電子系統中，在電子傳輸過程中都會損失一些能量。）第二代耳機還使用更省電的藍牙晶片進行連接。
Urbanista 的設備以及來自 3M 的類似產品（推出使用 Exeger 太陽能電池的對講機式耳機）仍然包含可充電電池。但對某些設備而言，加入這一代新型太陽能電池意味著完全淘汰電池。
例如，來自 Universal Electronics 的「Eterna」 遙控器使用來自 Ambient Photonics 的電池以及一個小的「級電容器」，它比電池更便宜、更輕，而且需要的材料更少。Ambient Photonics 最近還宣佈與 Google 合作，將在 2024 年生產一款設備。Google 尚未透露這些設備會是什麼，但遙控器似乎是一個合乎邏輯的首選。
考慮到它們經常消失在沙發軟墊裡，而且它們所在的房間通常光線昏暗，遙控器似乎是最後一個你希望使用太陽能的設備。對於舊的太陽能電池技術來說，這肯定是真的，但新型電池收集的能量更多，遙控器只需暴露在光線下幾秒鐘就可以從完全沒電變成可用狀態，ONiO 首席執行長克耶蒂爾·梅薩爾（Kjetil Meisal）表示，ONiO 為物聯網和其他設備製造低功耗晶片。他補充說，這一發展的重要因素是使用 ONiO 之類的超低功耗晶片。
隨著新一代高效室內太陽能電池的問世，各種電子設備不再需要充電或更換電池的未來似乎指日可待。想像一下永遠不用再翻轉 Apple Magic Mouse 來充電，或者無線鍵盤或耳塞永遠不會在工作日的中途沒電，那是多麼美妙的事！高效率室內太陽能電池的真正變革性應用可能出現在我們目前尚未使用的設備中，因為為它們供電往往很繁瑣。
採用更多智慧家居設備以及其他傳感器和執行器的一個重大障礙是，它們都需要直接電力供應或需要更換的電池。例如，酒店房間門上的電子鎖或我們家中的同類設備，大多數都包含需要定期更換的電池。但是，由於這些設備使用頻率低，而且整天都暴露在光線下，因此非常適合使用染料敏化太陽能電池，Ambient Photonics 首席執行長 Bates Marshall 表示。
想像一下這種場景：你想在房間裡加入一個新的電燈開關。過去，你可能需要聘請電工在牆上打洞，將新電線連接到開關盒並安裝開關本身。未來，相容即將與連接設備配合使用的無線通信標準的太陽能開關可以放置在任何你喜歡的地方，無論是家中的任何房間，只需使用一些可移除的黏合劑即可固定在牆上。
將這種場景乘以你所能想像的每個工業和商業環境中可能使用的所有傳感器和開關的可能組合，你就會開始明白一個不起眼的室內太陽能電池可以釋放多大的潛力。
然而，仍有一些挑戰。人們一想到太陽能充電，首先想到的就是要用太陽能為手機充電，但這是不實際的。手機本質上是功能強大的口袋超級電腦，至少使用六種以上不同的協議進行無線通訊，即使採用這種新技術，僅靠室內光線為普通的智慧型手機供電，也需要一個桌面大小的太陽能電池板。
總而言之，高效率室內太陽能電池的出現代表了太陽能技術的一項令人興奮的進步。儘管目前仍存在一些挑戰，但該技術有望徹底改變我們與電子設備的互動方式，並為各種新設備和應用打開大門。
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