1.研究背景及发展现状

随着时代的发展，科学技术的不断进步，互联网技术、无线通讯技术和微电子技术日趋成熟。基于上述技术的成熟，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）技术的发展也日渐完善，应用领域不断扩大。无线传感网络技术由微纳制造技术、无线通讯技术、现代网络技术、分布式信息处理技术等组成，分布嵌入于各种类型的环境当中（如地下矿井，森林，太空站外壁等），通过微型传感器件，实现对不同目标信息的实时监测、存储、处理、传输，广泛应用于军事侦测、环境监测、医疗卫生、智能家居、工业预警、太空探测等领域^[1-2]。无线传感器网络系统由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点组成，无线传感器网络节点由包括以下四个基本单元：传感单元、处理单元、通信单元和电源。如何分别对这些传感器节点提供稳定的电压，是该领域内的一大难题。传统电池（如铅酸电池，锂电池，镍氢电池等）作为电源集中或分散供电的方法因其以下缺陷已不适用于为无线传感器网络节点供电。

传统电池的缺陷：

1、相比于传感器网络节点，传统电池的体积较大，不适用一些特殊环境；

2、传统电池化学毒性污染严重，且有泄漏可能性；

3、供电寿命有限，或一次性供电时间较短，拆换困难；

4、传感器网络节点数量多，且大量散布在作用区域内，采用传统电池，布线困难，成本较高；

因此，亟需研发有效可行的替代方案，而能从周围环境中采集能量的能源装置无疑是一种颇有前景的代替方案^[3]。此外，该研究对埋植监测系统、便携式电子设备、恶劣环境工作的微器件等“自供电”需求也具有实际应用价值^[4]。

能量采集（Energy Harvesting or Energy Scavenging），简单地说，就是一种利用能量采集器从其周围环境中获取能量的技术。其本质是利用光伏、热电、压电、电磁等各种物理或化学效应把器件周围环境中广泛存在的光能、热能、振动能、风能等能量转换成可以使用的电能^[5]。

太阳能（Solar Energy）是有太阳内部氢原子发生氢氦聚变而释放出巨大核能而产生的。早在17世纪初期，太阳能就已经被工程界先驱意识到作为一种能源，并投入到实际应用去，即1615年法国工程师所罗门·德·考克斯发明世界上第一台太阳能驱动的发动机。时至今日，太阳能的利用有“光热转换”和“光电转换”两种方式，是一种新兴的可再生能源。太阳能具有普遍、无害、可再生等优点，但也具有分散性、不稳定性、效率低、成本高等缺点。