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Combined Organic Photovoltaic Cells and Ultra Low Power CMOS Circuit for Indoor Light Energy Harvesting

機譯：結合有機光伏電池和超低功耗CMOS電路進行室內光能收集

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摘要

This paper describes an energy harvesting system composed of an organic photovoltaic cell (OPV) connected to a DC–DC converter, designed in a 130 nm Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) technology, with a quasi- maximum power point tracking (MPPT) algorithm to maximize the system efficiency, for indoor applications. OPVs are an emerging technology with potential for low cost indoor light energy harvesting. The OPV current-voltage curves (I-V) under an irradiance of solar simulator Oriel Sol 3A, at room temperature, are obtained and an accurate electrical model is derived. The energy harvesting system is subjected to four different indoor light sources: 35 W halogen, 3.5 W LED, 5 W LED, and 7 W LED, positioned at three different heights (0.45 m, 0.26 m, and 0.11 m), to evaluate the potential of the system for indoor applications. The measurements showed maximum efficiencies of 60% for 35 W halogen and 45% for 7 W LED at the highest distance (0.45 m) and between 60% (5 W LED) and 70% (35 W halogen), at the shorter distance (0.11 m). Under irradiation, the integrated CMOS circuit presented a maximum efficiency of 75.76%, which is, to the best of the authors’ knowledge, the best reported power management unit (PMU) energy system using organic photovoltaic cells.
機譯：本文介紹了一種能量收集系統，該系統由連接至DC-DC轉換器的有機光伏電池（OPV）組成，采用130 nm互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術設計，具有準最大功率點跟蹤（MPPT） ）算法可最大限度地提高系統效率，適用于室內應用。 OPV是一項新興的技術，具有低成本室內光能收集的潛力。獲得了太陽模擬器Oriel Sol 3A在室溫下在室溫下的OPV電流-電壓曲線（I-V），并得出了準確的電氣模型。能量收集系統使用四種不同的室內光源：35 W鹵素燈，3.5 W LED，5 W LED和7 W LED，它們位于三個不同的高度（0.45 m，0.26 m和0.11 m），以評估該系統在室內應用中的潛力。測量結果表明，在最大距離（0.45 m）下，35 W鹵素燈的最大效率為60％，7 W LED的最大效率為45％；在較短距離的情況下，最大效率為60％（5 W LED）和70％（35 W鹵素燈）之間。 0.11 m）。在輻照下，集成CMOS電路的最高效率為75.76％，據作者所知，這是使用有機光伏電池的最佳報道的電源管理單元（PMU）能量系統。

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