你敢想，有一家物联网厂商在做这么一件事：
告别电池，用有机光伏(OPV)技术，为物联网设备提供能源。口号就是要做“电池时代的终结者”!
这不，法国公司Dracula Technologies最近官宣低光能量收集解决方案并开启量产。据Dracula Technologies称，其新的智能工厂量产时间在2024年初，预计每年可生产高达1.5亿平方厘米的OPV器件。而这些OPV器件就可以用于无需电池的LoRaWAN物联网连接。
说到这儿，估计就有人问了，OPV-IoT是如何取代电池的?
聊聊这家智能工厂在做什么?
什么是OPV?
OPV是“有机光伏”(Organic Photovoltaics)的缩写，也被称为“有机太阳能电池”，是一种利用有机半导体材料来转换光能为电能的太阳能电池技术。与传统硅太阳能电池不同，OPV太阳能电池使用有机化合物而不是无机材料，来捕获光子并产生电流。
而OPV-IoT，是指将有机光伏技术与物联网技术相结合的应用技术。在这种情况下，OPV技术将为物联网设备提供能源，驱动其运行或充电。这种结合可以为物联网带来一些独特的优势，特别是在低光条件下，需要无线通信、长期运行的暗环境中。Dracula Technologies这次用的就是有机光伏技术和物联网技术相结合。
与其他一些光伏技术相比，有机光伏(OPV)技术更适合在低光环境下转换电能，主要原因有三点：
1. 广谱吸收
OPV材料可以吸收广谱光，包括可见光和近红外光。这意味着它们能够在弱光条件下捕获宽范围的波长。其他一些技术光谱吸收能力更有限，在低光环境下效果不佳。
2. 弱光启动能力
OPV技术具有弱光启动能力，这意味着即使在弱光条件下也可以开始发电。这是由于启动光伏过程所需的光阈值较低。与之相比，其他技术路线需要更高的光强度才能开始发电。
3. 灵活性和便携性
OPV设备通常灵活轻便，适用于广泛的应用。它们可以集成到各种形状设备中，并在柔性基板上使用，这使它们能够适应不同的表面和形状。这种灵活性在光线不足的室内环境中是有利的，传统刚性太阳能电池板未必适合。
以Dracula Technologies为例，他们开发了一种运行在有机光伏(OPV)太阳能电池上的追踪器，它可以根据所需的输出功率打印成任何尺寸，在普通喷墨打印机上使用特殊的OPV墨水，将其粘贴到0.3mm的不干胶贴纸上。
至于通信连接方面，OPV LoRaWAN 装置采用 Semtech 模块和 The Things Industries(TTI)的云堆栈，以及一些未透露姓名的法国制造商的工程技术。
OPV 技术在最黑暗的条件下获取电力，例如在仓库或“黑灯”工厂中，工作所需单位面积光通量(lux)低至 500。作为参考，日常室外光线接近 10000 勒克斯。
该公司相关负责人Koopmans称，Dracula Technologies 的解决方案的品牌名为 LAYER，该名称是“让光成为你的能量供给方”(Light As Your Energetic Response)的缩写，出于营销目的，公司Logo还以蝙蝠形状的 OPV 打印输出形式呈现。实际上，它只需要一束暗光(低至1 lux，几乎完全黑暗)就可以唤醒并发出信号，并将数据发送到 LoRaWAN 网关，以满足物联网定位等需求。
图片来自：RCRWireless News
根据欧盟的学术研究，到 2025 年，每天将有大约 7800 万颗来自电池供电物联网设备的电池被丢弃。
Dracula Technologies一位工作人员强调道：“OPV 是最环保的光伏技术。相比下，一些竞争对手声称拥有绿色技术，但它们并不像大家想象的那么绿色。比如，硅基光伏电池……是不可持续的。因为如果大家使用铅或其他稀土材料等材料，那么大家就无法可持续发展。而OPV 是一条出路。”
Dracula Technologies 目前在法国拥有 30 名员工，并从 Semtech 等战略投资者和法国 BPI 等金融投资者获得了 2500 万欧元(合人民币1.93亿元)的融资。
公司正在建造一个全新的生产设施，Koopmans说。“从明年(2024年1月)开始，年产能将达到1.5亿单位的产品。我们已准备好应对这一挑战。” 但显然，这次宣传不仅仅关乎可持续发展，还关乎可持续发展。公司声称获得了一连串的商业收益。
最近在荷兰举行的物联网大会上，Koopmans 表示，传统物联网传感器解决方案的前期成本可能仅为 100 欧元，但对于客户来说，其整个服务生命周期的总成本(TCO)可能接近 500 欧元——毕竟后续还有上门服务与手动干预(部署、入职、管理、电池更换)相关支出。
Koopmans 表示：“我们已经与许多物流公司进行了交谈，他们都非常愿意部署 LoRaWAN 传感器，但他们表示，如果使用电池供电，他们无法在全球范围内部署数百万个单位，使用无源设备是必要之选。所以我们现在推出了一款无源 LoRaWAN 设备，可以提供室内和室外的地理定位服务。”
该解决方案基于 Semtech 几年前推出的 LR1110/LoRa Edge 平台，自带初始功率增强能力，且将计算负担(从 GNSS 和 Wi-Fi 扫描中计算位置数据)从设备转移到云端，以降低传感器的电池使用。该方案中，将 OPV 电源集成到无需进行任何边缘计算的超低功耗 LR1110 解决方案中，是落地关键。
打印输出的材料大小取决于 OPV 电池的数量，该数量由照明条件和功率要求决定。Koopmans解释道。该公司将打印任何形状或形式的 OPV 标签。“我们不会拘泥于任何固定的形状或者其他什么。生产过程完全灵活”，相关负责人解释道。
目前，该公司已经验证，旗下产品可以在光线非常暗的情况下工作……在物流仓库和配送中心，那里有托盘、箱子、起重机或任何在黑暗中操作的物体。现在无需电池，即可定位这些资产。
有机光伏的发展及研究情况
根据中国光伏行业协会的数据，2021年，我国光伏产业将实现稳定增长。多晶硅、硅片、电池片和组件产量同比分别达到50.5万吨、227吉瓦、198吉瓦和182吉瓦，分别增长28.8%、40.7%和46.9%、46.1%，这四种化合物产值突破7500亿元。与此同时，产业集中度进一步提高。在多晶硅、硅片、电池片、组件四大领域，前五名制造企业分别占国内总产量的86.7%、84%、53.9%和63.4%，前五名企业规模经济明显。
到有机光伏方面，智研瞻产业研究院的分析认为，预计未来几年，全球有机光伏市场将继续保持强劲增长，不过目前而言，市场规模相对较小，只占太阳能市场的一小部分。
为什么有机光伏的市场规模目前仍然较小?
2021年，北京大学工学院材料科学与工程系博士李腾飞和其导师占肖卫教授一篇分析提到，有机光伏存在如下几个问题：
一是光伏效率低，目前市面上的有机光伏效率普遍低于20%;
二是产业化成本高，活性层与电机材料的成本比较高;
三是组件寿命低，从稳定性结果可以看出，器件的使用寿命很难达到10年以上。
从历史上看，OPV产业化在发展进程中经历了两次大的冲击。
第一次是晶硅太阳能电池产能过剩的冲击，这次冲击使光伏电价大幅度下降。即使是印刷制备的OPV，由于效率太低与寿命较短，完全无法与晶硅太阳能电池在市场上竞争。
典型例子是美国Konarka公司的倒闭。Konarka公司是最早采用卷对卷印刷方法生产OPV的企业，诺贝尔奖获得者A Heeger是该企业的合伙人之一。2010年该公司生产的Power Plastic光伏电池的转换效率由美国国家再生能源实验室(NREL)认证达到8.3%，随后在2012年转换效率达到8.8%-9%。尽管Konarka公司有过不少值得称许的业绩，也曾得到不少的风险投资和政府资助，但因市场开拓不利，迟迟不能盈利，公司于2012年6月宣布破产保护。2012年10月Konarka的德国分厂被德国太阳能光伏集成企业收购，更名为Belectric OPV GmbH。
有机光伏经历的第二次冲击是钙钛矿太阳能电池的出现，造成原来一些研究开发OPV的研究机构转向研发钙钛矿光伏，有机光伏的产业化项目在资本市场上受到冷落。
但随着OPV的光电转化效率逐渐的攀升，在经历了Konarka公司破产的低谷之后，OPV产业也正在逐步走向复苏。虽然困难重重，随着OPV技术的成熟和商业化进程的推进，其市场规模有望逐渐扩大。
据智研瞻产业研究院相关研究指出，特别是在建筑一体化应用、可穿戴设备、物联网等领域，OPV的柔性和轻薄特性将赋予其独特的优势，可能被广泛采用。此外，全球对可持续能源的需求正在增长，人们对环境友好型太阳能解决方案的兴趣也在增加。作为一种相对低成本、柔性和环保的太阳能技术，OPV有望满足这一需求，并在未来的能源市场中发挥重要作用。
我国有机光伏行业的市场规模在过去几年中一直保持稳定增长。根据中国储能网的数据，2020年我国有机光伏行业市场规模达到了11.36亿元人民币，同比增长了10%。
另据中国光伏网的介绍，国际上的一些OPV的先驱公司有Konarka、Solarmer等，研究机构包括丹麦Frederik C Krebs课题组和澳大利亚联邦科工组织(CSIRO)等均在OPV的前沿领域进行了深入研究。
此外，开发新型光伏材料一直是科技界的热门课题。欧盟在过去10余年中执行了一系列与有机光伏相关的研究项目。国内也有多个研究团队一直在OPV领域耕耘，从基金委到科技部都支持了相关研究项目。在OPV的印刷制备技术开发方面，国内几乎与国外是同时开始的。
北京大学、国家纳米科学研究中心、中科院化学所、中科院苏州纳米所、苏州大学、华南理工大学和中南大学等知名的科研院所早在多年以前就已经开展OPV印刷制备的相关基础研究工作。
关于有机光伏在国内的相关研究更多进展，中国科学院院士李永舫在2022年一篇论文《有机光伏研究的创新之路》中表示：
我国的有机光伏研究从最初的跟随性研究达到了引领有机光伏领域发展的阶段。现在有机光伏已经看到了实现实际应用的曙光，下一步应该在降低光伏材料和器件制备的成本、光伏材料的放大合成和光伏器件的大面积制备、柔性透明电极的低成本大规模制备、提高柔性有机太阳电池光伏性能和稳定性等方面继续努力，争取早日在我国实现柔性有机太阳电池的商品化应用，为实现我国的双碳目标做出贡献。
近些年，国内有机光伏相关企业也逐渐走入大众视野。
比如广州追光科技有限公司(以下简称“追光科技”)，据称，是国内率先实现有机光伏材料批量生产能力的公司及全球单结有机光伏电池转化效率的纪录保持者。36氪一篇报道显示，该公司于2023年刚完成数千万元天使+轮融资，募集资金将用于有机光伏模组中试开发和中试线项目建设。
依托独有的材料和器件研发平台，追光科技同步开展有机光电材料和器件两部分业务。
在材料业务上，公司在有机发光材料方面已实现量产出货，在有机光伏材料的研发和放量生产方面也有进展。
在器件业务上，公司目前主推有机光伏模组的产业化，并在有机光电传感等领域均有布局。
商业化方面，追光科技在去年扩建完成后，目前拥有月产吨级的有机光电材料供应体系。依靠已经建成的200*200 mm2光伏模组产品开发线，公司已推出第一代有机光伏模组DEMO，并开始客户验证。
预计今年，该公司会启动有机光伏模组中试线的搭建，推进实现有机光伏模组的产业落地。目前公司已与多家下游厂商客户签署战略合作协议，未来有望在国内率先实现有机光伏模组的批量出货。
再比如广州碳谷科技有限公司(以下简称“碳谷科技”)。
这是一家专注新一代OPV大尺寸量产的企业，为柔性和半透明应用场景提供解决方案。
“钙钵矿材料和器件”公众号对于该公司描述的是：碳谷科技主做有机(OPV)光伏电池组件与装备研发、生产与销售。该公司其在低成本材料和大面积制备的新一代OPV组件量产方面实现了突破，大尺寸量产并不会造成转换效率的耗损，打破了国外垄断，实现关键原材料、设备和制程的国产化。
在光转换率及尺寸面积方面，碳谷科技表示，其OPV光伏电池转换效率连续两年获世界最高纪录，室外转化效率可达18%，室内转化效率可达25%-30%;柔性基材OPV组件幅宽达650mm，玻璃基材OPV产品尺寸可达1450mm*1800mm。
参考资料：
1. 112家光伏企业、7大排行榜!通威、隆基、晶科、特变、天合、晶澳、中环、阳光、正泰领衔，国际新能源网
2. Dracula sucks light out of dark – passive IoT will drive massive IoT, claims LoRa crowd，RCRWireless News
3. ‘The end of batteries’ – high-volume OPV-IoT smart factory to open in France，RCRWireless News
4. 中国有机光伏(OPV)行业：利用有机材料制造的太阳能电池技术，智研瞻产业研究院
5. 追光科技获红杉种子、国科京东方天使+轮融资，加速有机光伏技术产业化，36氪
6. 一文带你搞懂新能源发电、光伏、风电(万字深度研究)，华夏气候
7. 有机太阳能电池(OPV)技术应用解析，中国光伏网
8. 智能光伏试点示范企业典型案例介绍，中国电子报
9. 有机光伏进展，李腾飞、占肖卫
