Dari sensor bangunan pintar hingga pelacak aset, banyak perangkat IoT dalam ruangan masih bergantung pada baterai sekali pakai untuk tenaga karena desain sederhana mereka.Termasuk jangka hidup terbatas, biaya pemeliharaan, downtime operasional, dan masalah lingkungan. faktor ini dikombinasikan secara langsung mempengaruhi keandalan perangkat IoT.
Selain itu, sering mengganti baterai memakan waktu dan tidak efisien. Hal ini bertentangan dengan visi Internet of Things yang "otonom dan perangkat selalu online".perlu mengadopsi metode baru untuk memberi daya pada node IoT dalam ruangan untuk meningkatkan keandalan, meminimalkan biaya pemeliharaan, dan mempromosikan penyebaran skala besar.
Menurut laporan oleh Transforma Insights, diperkirakan bahwa pertumbuhan perangkat IoT akan meningkatkan permintaan energi sebesar 34 terawatt jam pada tahun 2030.kunci untuk mengatasi tantangan ini adalah memanfaatkan sel surya dalam ruangan untuk pasokan listrik terus menerus, mengurangi limbah elektronik dengan menggunakan bahan yang berkelanjutan dan menghindari penggunaan baterai, dan meminimalkan biaya konsumsi energi untuk komputasi dan transmisi data sebanyak mungkin.
Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi fotovoltaik yang disesuaikan untuk lingkungan dalam ruangan telah membuat kemajuan yang signifikan dalam bahan dan struktur.Silikon kristal adalah bahan aktif standar untuk panel surya luar ruangan, dengan bandgap 1,12 eV. Namun, karena sumber cahaya dalam ruangan yang khas hanya memancarkan cahaya dalam rentang terlihat, bandgap optimal menjadi 1,9-2,0 eV.
Oleh karena itu, silikon kristal memiliki kinerja yang buruk dalam kondisi pencahayaan dalam ruangan.termasuk silikon amorf, sel surya yang sensitif terhadap pewarna (DSSC), sel surya peroksida, dan sel fotovoltaik organik.
Gambar 1: Sel surya amorf AM-1456CA-DGK-E Panasonic Energy menggunakan substrat kaca. (Sumber gambar: Panasonic Energy)
Teknologi fotovoltaik dalam ruangan utama untuk Internet of Things
1. Baterai silikon amorf (a-Si)
Amorf silikon (a-Si) adalah teknologi surya film tipis yang matang dengan bandgap optik sekitar 1,6 eV, yang lebih dekat dengan nilai optimal untuk aplikasi pencahayaan dalam ruangan.Ini adalah teknologi pertama yang akan dimasukkan ke dalam perangkat IoT dalam ruangan bertenaga rendah.
Karena karakteristik pencocokan spektrum dari silikon amorf dan tegangan sirkuit terbuka yang relatif tinggi pada tingkat cahaya rendah,a-Si berkinerja lebih baik daripada silikon kristal dalam kondisi pencahayaan dalam ruangan yang khasTes telah menunjukkan bahwa efisiensi sel surya a-Si terhidrogenasi di bawah pencahayaan dalam ruangan LED dapat mencapai 21%.
Keuntungan utama sel surya a-Si adalah penggunaan sumber plasma gas untuk memproduksi film tipis, yang hemat biaya.Hal ini memungkinkan pembuatan sel surya pada substrat fleksibel dengan biaya rendah.
Namun, teknologi ini memiliki keterbatasan besar - membutuhkan area baterai yang lebih besar untuk menghasilkan daya yang sama dengan teknologi baru.tegangan yang dihasilkan oleh setiap baterai a-Si secara individual relatif rendah, sehingga biasanya perlu untuk menghubungkan setiap baterai secara berurutan untuk mencapai tegangan yang dibutuhkan oleh perangkat IoT.
Gambar 2: BCS4430B6 sel surya fleksibel tipis amorf dari TDK Corporation, dengan tegangan sirkuit terbuka 4,2 V. (Sumber gambar: TDK Corporation)
2Sel surya yang sensitif terhadap pewarna (DSSC)
Sebagai perangkat fotovoltaik generasi baru, prinsip kerja DSSC mirip dengan fotosintesis.yang kemudian diisi oleh elektrolit melalui reaksi redoksPewarna ini dapat dioptimalkan berdasarkan spektrum emisi sumber cahaya dalam ruangan, sehingga sangat cocok untuk aplikasi IoT dalam ruangan.
Pendekatan desain yang berbeda adalah menggunakan nanostruktur multidimensional, seperti fotoanode komposit.Struktur ini menggabungkan fungsi penyebaran untuk meningkatkan kemampuan menangkap cahaya dan pengumpulan muatanSebuah makalah penelitian mengklaim bahwa jenis nanostruktur baru telah mencapai efisiensi konversi daya 24% di bawah kondisi pencahayaan buatan yang sangat lemah 0,014 mW/cm2.
3Sel surya peroksida (PSC)
Alternatif lain yang menjanjikan untuk aplikasi dalam ruangan adalah PSC, dan penelitian tentang bahan ini dimulai pada tahun 2015.peneliti mencapai kontrol atas keadaan perangkap dan dinamika pembawa di lapisan aktif perovskite dengan merancang lapisan transportasi elektronPSC yang dihasilkan mencapai efisiensi konversi daya 27,4% di lingkungan dalam ruangan.
Perovskite adalah jenis bahan semikonduktor yang dapat diproses dalam larutan. Bahan ini dapat disesuaikan dengan nilai bandgap ideal 1,8 eV dan memiliki karakteristik fotovoltaik yang tinggi,dengan demikian menunjukkan efisiensi konversi fotoelektrik yang sangat baik baik di bawah sumber cahaya LED dan kondisi pencahayaan fluoresenEfisiensi dari perovskite indoor photovoltaic (IPV) perangkat telah mencapai rekor tertinggi. laporan penelitian pada tahun 2025 menunjukkan bahwa efisiensi konversi daya pada 1000 lux adalah 42%,rekor tertinggi yang pernah ada.
4Sel fotovoltaik organik (OPV)
Teknologi fotovoltaik organik (OPV) menggunakan molekul berbasis karbon sebagai semikonduktor untuk menyerap cahaya dan menghasilkan listrik.Semikonduktor organik dapat disesuaikan untuk memiliki spesifisitas spektrum terlihat yang kuatOPV dalam ruangan yang dioptimalkan menunjukkan efisiensi konversi daya hampir 30% dalam kondisi cahaya rendah, sebanding dengan sel DSSC atau peroksida terbaik.
Karakteristik ini membuat OPV sangat cocok untuk penyebaran IoT diskrit berbentuk tidak teratur, karena dapat dicetak menjadi film fleksibel tipis pada substrat seperti plastik PET.Beberapa perusahaan bahkan memproduksi foil surya dalam ruangan yang fleksibel yang dapat membengkok atau beradaptasi dengan berbagai bentukUntuk desainer IoT, ini berarti bahwa sel surya dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam perangkat, seperti sebagai film tipis pada permukaan sensor atau film daya gaya stiker.