在可再生能源领域，钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其卓越的光电转换效率和低成本制造潜力而备受瞩目。然而，柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）在高湿度环境下的机械耐久性问题，一直是制约其实际应用的关键瓶颈。近期，一种受贻贝启发的仿生多位点聚合物（HPDA）的出现，为这一难题提供了创新解决方案，让FPSCs在高湿度条件下的机械耐久性和效率均得到显著提升。

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一、灵感源自贻贝的仿生设计

贻贝以其在潮湿环境中强大的附着力而闻名，这种能力主要归功于其分泌的含有多巴胺基团的粘附蛋白。研究人员从贻贝的这一特性中获得灵感，设计并合成了一种具有多分支结构和丰富多巴胺锚定位点的三维超支化聚合物——HPDA。这种聚合物能够与钙钛矿材料形成多重螯合，构建从钙钛矿薄膜底部到顶部界面的垂直支架，紧密绑定钙钛矿晶粒和基底，从而在高湿度环境下显著增强机械耐久性。

二、HPDA对钙钛矿薄膜性能的显著提升

通过一系列实验，研究人员发现HPDA改性的钙钛矿薄膜展现出了优异的性能。首先，HPDA的加入使得钙钛矿薄膜的晶粒尺寸显著增大，晶界数量减少，薄膜的结晶度得到提高。这不仅减少了薄膜中的缺陷密度，还抑制了非辐射复合，从而提升了薄膜的光电性能。此外，HPDA在钙钛矿晶界处形成了明显的非晶区域，这些区域在电子束照射下表现出优异的稳定性，有效减缓了晶界的开裂速率，增强了薄膜的断裂韧性。

三、器件性能的飞跃

在器件层面，HPDA改性的刚性钙钛矿太阳能电池（PSCs）实现了高达25.92%的光电转换效率（PCE），而柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）的PCE也达到了24.43%。

更为重要的是，经过10,000次弯曲循环（弯曲半径为3毫米）后，FPSCs在65%湿度环境下仍能保持94.1%的初始PCE。这一结果充分证明了HPDA在提升FPSCs机械耐久性和环境稳定性方面的卓越效果。

四、机械耐久性和湿度稳定性的双重突破

HPDA改性的钙钛矿薄膜在机械耐久性和湿度稳定性方面均表现出色。在机械耐久性测试中，HPDA改性的薄膜展现出更高的断裂强度和延展性，其断裂强度从对照组的13.21MPa提升至43.73MPa，延展性从1.68%增加到3.92%。在湿度稳定性测试中，HPDA改性的薄膜在85%湿度环境下，经过1000小时后仍能保持90%的初始效率，而对照组的效率则大幅下降。这些数据表明，HPDA能够有效提升钙钛矿薄膜在高湿度环境下的机械耐久性和稳定性。

五、环境友好与安全性的考量

除了提升性能外，HPDA还具有显著的环境友好性和安全性。HPDA能够与铅离子（Pb2+）紧密结合，实现自我封装，有效减少铅泄漏的风险。即使在结构失效的情况下，HPDA也能将铅离子牢牢锁住，防止其进入环境，从而降低了对环境和人体健康的潜在危害。

六、未来展望

这项研究不仅为提升柔性钙钛矿太阳能电池的性能提供了创新思路，还为未来可穿戴设备和便携式电源的发展奠定了基础。随着技术的不断进步，HPDA有望在更多领域得到应用，推动钙钛矿太阳能电池技术的商业化进程，为全球能源结构的转型和可持续发展做出贡献。

七、一起来做做题吧

1、HPDA的设计灵感来源于哪种生物？

A. 蜘蛛

B. 贻贝

C. 珊瑚

D. 水母

2、HPDA改性的钙钛矿薄膜的晶粒尺寸与未改性薄膜相比如何变化？

A. 增大

B. 减小

C. 不变

D. 无法确定

3、HPDA改性的刚性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）是多少？

A. 23.72%

B. 24.43%

C. 25.92%

D. 25.54%

4、HPDA改性的钙钛矿薄膜在65%湿度环境下，经过10,000次弯曲循环后，仍能保持多少初始PCE？

A. 90%

B. 92.4%

C. 94.1%

D. 95%

5、HPDA的主要作用不包括以下哪一项？

A. 提升钙钛矿薄膜的机械耐久性

B. 提高器件的光电转换效率

C. 增强钙钛矿薄膜的湿度稳定性

D. 增加钙钛矿薄膜的厚度

参考文献：

Li, Z., et al. Boosting mechanical durability under high humidity by bioinspired multisite polymer for high-efficiency flexible perovskite solar cells. Nat Commun 16, 1771 (2025).