香港科技大学(科大)、耶鲁大学、劳伦斯伯克利国家实验室和洛桑联邦理工学院的工程学院(SENG)的研究团队推出了全面的仿生多尺度设计策略，以应对钙钛矿太阳能电池商业化的关键挑战：长期运行稳定性。这些战略从自然系统中汲取灵感，旨在提高太阳能技术的效率、弹性和适应性。
这些方法的重点是利用生物结构的见解来制造能够更好地承受环境压力和长期使用的太阳能电池。钙钛矿太阳能电池(PSC)的商业可行性受到一些作问题的阻碍，包括界面附着力不足、机械脆弱性以及对环境压力源(例如热、湿气和紫外线)的敏感性。这些降解过程发生在从皮米到厘米的各种长度尺度上，多尺度结构因素会显着影响最终钙钛矿太阳能电池的稳定性和性能。
为了应对这些挑战，科大化学及生物工程学系副教授兼能源研究所副所长周媛媛教授及其研究小组和合作者建议利用生物系统的见解。科学家们认为，自然界中发现的分层功能结构，例如树叶中的结构，可以激发高效、低成本、有弹性且能够适应环境变化的太阳能技术的发展。
他们的综合战略跨越多个层面：
分子水平：利用仿生分子相互作用进行结晶控制和降解缓解
微观层面：使用动态键和界面加固实施自我修复和强度增强策略
设备层面：采用飞蛾眼、叶蒸腾、甲虫角质层等受大自然启发的功能结构，提高光管理、散热、环保等效果。
“大自然提供了丰富的设计解决方案，帮助我们构建能够在现实条件下茁壮成长的太阳能材料，”周教授说。“我们已经将其中一些策略转化为合成能源设备。”
这一愿景建立在仿生物界面设计的最新突破之上：
手性结构异质界面：周教授的团队利用R-/S-甲基苄铵创建了手性界面，其中螺旋堆积的苯环模仿生物弹簧，显着提高了钙钛矿太阳能电池的机械耐久性。这项工作发表在《Science》杂志上。
层压板启发界面：周教授团队开发了一种由分子钝化层、富勒烯衍生物层和二维钙钛矿加盖层组成的细胞表面样多层表面微观结构，有效抑制缺陷并增强能级排列，从而提高效率和湿热稳定性。这项工作发表在《Nature Synthesis》上。
这些研究强调了仿生和分层工程在解决钙钛矿太阳能电池的基本局限性(包括附着力、疲劳和界面退化)方面的潜力。多尺度设计框架强调可持续性，优先考虑与循环经济兼容的低毒材料。
周教授团队提出，未来的研究将侧重于筛选仿生分子以实现最佳薄膜结晶和稳定性，开发由作应力激活的自愈机制，设计具有成本效益的生物微结构，并集成多功能封装以提高钙钛矿太阳能电池的效率和寿命。
第一作者、科大CBE系研究助理教授段天伟博士表示：“这不仅仅是关于新材料;它代表了一种受自然本身启发的太阳能技术新方法。通过整合仿生结构、功能和可持续性，我们对太阳能的新篇章感到兴奋。
(消息来源：perovskite-info.com, Nature Review Clean Technology)
