El autor correspondiente, el profesor Zhou Yuanyuan (izquierda), sosteniendo un modelo de cristal de perovskita, y el primer autor Dr. Duan Tianwei (derecha) parado frente a los paneles solares. Crédito: Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong
Un equipo de investigación de la Escuela de Ingeniería (SENG) de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) ha introducido estrategias integrales de diseño multiescala bioinspiradas para abordar los desafíos clave en la comercialización de las células solares perovskitas: estabilidad operativa a largo plazo. Inspirándose en los sistemas naturales, estas estrategias tienen como objetivo mejorar la eficiencia, la resistencia y la adaptabilidad de las tecnologías solares.
Su papel, titulado “Diseño multiescala bioinspirado para células solares de perovskita“ha sido publicado en Nature Reviews Technology Clean.
Los enfoques se centran en aprovechar las ideas de las estructuras biológicas para crear células solares que pueden resistir mejor los estresores ambientales y el uso prolongado.
Las células solares de perovskita son ventajosas debido a su proceso de fabricación de baja temperatura basado en soluciones, que tiene el potencial de reducir los costos de energía solar.
Sin embargo, su viabilidad comercial se ve obstaculizada por varios problemas operativos, incluida la adhesión interfacial inadecuada, la fragilidad mecánica y la susceptibilidad a los estresores ambientales (por ejemplo, calor, humedad y luz UV).
Estos procesos de degradación ocurren en varias escalas de longitud, desde picómetros hasta centímetros, y los factores estructurales multiescala pueden afectar significativamente la estabilidad y el rendimiento de las células solares de perovskita finales.
Repensar el diseño de células solares a través de la lente de la naturaleza
Para abordar los desafíos que enfrentan las células solares de perovskite, el profesor Zhou Yuanyuan, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica (CBE) y director asociado del Instituto de Energía de HKUST, junto con su grupo de investigación y colaboradores de las principales instituciones de los Estados Unidos y Suiza, proponen las ideas de los sistemas biológicos.
Sugieren que las estructuras jerárquicamente funcionales que se encuentran en la naturaleza, como las de las hojas, pueden inspirar el desarrollo de tecnologías solares que son eficientes, de bajo costo, resistentes y adaptables a los cambios ambientales.
Crédito: Nature revisa la tecnología limpia (2025). Doi: 10.1038/s44359-025-00086-6
Estrategia bioinspirada en múltiples
Su estrategia integral abarca múltiples niveles:
Molecular level: Utilizing bio-inspired molecular interactions for crystallization control and degradation mitigation Microscale level: Implementing self-healing and strength-enhancing strategies using dynamic bonds and interfacial reinforcement Device level: Adopting functional structures inspired by nature, such as moth eyes, leaf transpiration, and beetle cuticles, to improve light management, heat dissipation, and environmental protection
“La naturaleza proporciona un depósito abundante de soluciones de diseño para ayudarnos a construir materiales solares que puedan prosperar en condiciones del mundo real”, dijo el profesor Zhou. “Ya hemos traducido algunas de estas estrategias a dispositivos de energía sintética”.
Avances históricos: interfaces quirales y laminadas
Esta visión se basa en avances recientes en el diseño interfacial de medición biológica:
Heterointerface estructurada por quirales: el equipo del Prof. Zhou creó una interfaz quiral utilizando R-/S-Metilbencilamonio, donde los anillos de benceno llenos helicoidales imitan resortes biológicos, mejorando significativamente la durabilidad mecánica de las células solares de perovskitas. Este trabajo fue publicado en Science. Interfaz inspirada en el laminado: el equipo del Prof. Zhou desarrolló una microestructura de superficie múltiple de la superficie de la superficie celular que comprende una capa de pasivación molecular, una capa derivada de fullereno y una capa de limitación de perovskita 2D, que suprime efectivamente las defectos y mejora la alineación del nivel de energía, lo que resulta en la eficiencia mejorada y la estabilidad de hebado humable. Este trabajo fue publicado en Nature Synthesis.
Estos estudios destacan el potencial de la ingeniería bioinspirada y jerárquica para abordar las limitaciones fundamentales de las células solares de perovskita, incluida la adhesión, la fatiga y la degradación de la interfaz.
Hacia tecnologías solares sostenibles y escalables
El marco de diseño multiescala enfatiza la sostenibilidad, priorizando los materiales de baja toxicidad compatibles con una economía circular.
El equipo del Prof. Zhou propone que la investigación futura se centrará en la detección de moléculas bioinspiradas para la cristalización y estabilidad óptimas de la película, desarrollando mecanismos de autocuración activados por el estrés operativo, diseñando biomicroestructuras rentables e integrando la encapsulación multifuncional para mejorar la eficiencia y la vida útil de las células solares de las perovskitas.
El Dr. Duan Tianwei, el primer autor y profesor asistente de investigación en el departamento de CBE de HKUST, declaró: “No se trata solo de nuevos materiales; representa un enfoque novedoso de la tecnología solar, inspirada en la naturaleza misma. Al integrar las estructuras, las funciones y la sostenibilidad bioinspirados, estamos entusiasmados con el nuevo capítulo que se desarrolla en la energía solar”.
El equipo colaboró con la Universidad de Yale, la Escuela Politécnica Federal de Lausana y el Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley.
Más información: Tianwei Duan et al, diseño multiescala bioinspirado para células solares de perovskita, Nature Reviews Clean Technology (2025). Dos: 10.1038/s44359-025-00086-6
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong
Cita: Estrategias de diseño para remodelar la estabilidad y la sostenibilidad de las células solares de perovskite (2025, 25 de julio) recuperó el 25 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-strategies-shaping-stability-sustainability-perovskite.html
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