近日，電子科技大學集成電路科學與工程學院電子薄膜與集成器件全國重點實驗趙怡程教授團隊在學術期刊 InfoMat 上發(fā)表了題為“Unveiling the statistical behaviours of metal-halide perovskites from films to devices through a high-throughput experimental platform”的研究性論文。論文第一作者為研究生鄧燦，通訊作者為電子科技大學孫相彧博士后和趙怡程教授，第一通訊單位為電子科技大學電子薄膜與集成器件全國重點實驗室。
 

　　“人機料法環(huán)”是保證材料可控制備的重要因素。傳統(tǒng)手工制備不僅限制了高性能器件的可靠生產(chǎn)，而且使得“人”這一因素難以和其他影響因素去耦合。另外，傳統(tǒng)人工實驗方法樣本量小、數(shù)據(jù)一致性差，難以獲得材料的統(tǒng)計分析。趙怡程教授團隊聯(lián)合四川高熵科技有限公司開發(fā)了國內(nèi)首個光伏高通量人工智能實驗平臺。平臺集成了從薄膜制備到光電表征的完整流程，全程無人為因素干擾且氛圍高度可控。通過對高通量實驗平臺制備的超1000個鈣鈦礦樣品進行統(tǒng)計學分析，研究人員首次揭示了溶劑氛圍對實驗重復性的關鍵影響，并引入獨特的氣體回流與溶劑鎖定手段以控制生長氛圍，從而將150個鈣鈦礦電池的重復性誤差控制在2%以內(nèi)。在從薄膜到器件的制備過程中，研究人員通過定量跟蹤薄膜光學特征的統(tǒng)計分布，發(fā)現(xiàn)電荷傳輸層的沉積不僅影響表面，還會改變鈣鈦礦薄膜的本體屬性。此外，基于推論性統(tǒng)計分析，研究人員挖掘出薄膜光學特性與器件性能的深層關聯(lián)，并開發(fā)了基于XGBoost的預測模型，實現(xiàn)器件性能預測誤差僅1.06%的驚人精度，充分展現(xiàn)AI驅(qū)動方法加速鈣鈦礦材料迭代的巨大潛力。
 

圖1 AI×高通量實驗工作站
 

　　本研究構建了國內(nèi)首臺全自動高通量實驗平臺，解決了鈣鈦礦研究中長期存在的重復性問題，并產(chǎn)生了大量無人工干擾的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集，用于金屬鹵化物鈣鈦礦的全面統(tǒng)計分析。通過對超1000個樣本進行統(tǒng)計學分析，研究人員發(fā)現(xiàn)溶劑氛圍波動是影響器件重復性的關鍵因素，并引入超級吸附樹脂有效緩解。結(jié)合自動化實驗與高級統(tǒng)計分析，本平臺展現(xiàn)出卓越的預測與解釋能力，適用于鈣鈦礦光伏及其他溶液法制備的電子器件(如：有機光伏和光電探測器)。最后，研究人員設想通過融合四個基本要素實現(xiàn)材料發(fā)現(xiàn)的范式轉(zhuǎn)變：(1)自動化高通量平臺，用于生成可靠數(shù)據(jù)；(2)統(tǒng)計分析，用于預測、解釋和優(yōu)化；(3)智能調(diào)度，用于閉環(huán)迭代實驗；(4)大型語言模型(如 ChatGPT 和 DeepSeek)，用于構建特定材料的大型模型并生成假設。一般來說，人的靈感會產(chǎn)生初始實驗，然后在要素(1)、(2)和(3)之間進行多次迭代。相關的數(shù)據(jù)和知識將反饋給要素(4)，最后形成一個超級大腦，自行產(chǎn)生想法和配方。這種新模式有望在未來大大加快從材料到器件的創(chuàng)新。