近日，電子科技大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院電子薄膜與集成器件全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)趙怡程教授團(tuán)隊(duì)在學(xué)術(shù)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(xué)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(xué)電子薄膜與集成器件全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
“人機(jī)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(shí)驗(yàn)方法樣本量小、數(shù)據(jù)一致性差，難以獲得材料的統(tǒng)計(jì)分析。趙怡程教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合四川高熵科技有限公司開發(fā)了國內(nèi)首個(gè)光伏高通量人工智能實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺制備的超1000個(gè)鈣鈦礦樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，研究人員首次揭示了溶劑氛圍對實(shí)驗(yàn)重復(fù)性的關(guān)鍵影響，并引入獨(dú)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(gè)鈣鈦礦電池的重復(fù)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(xué)特征的統(tǒng)計(jì)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(jì)分析，研究人員挖掘出薄膜光學(xué)特性與器件性能的深層關(guān)聯(lián)，并開發(fā)了基于XGBoost的預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)器件性能預(yù)測誤差僅1.06%的驚人精度，充分展現(xiàn)AI驅(qū)動(dòng)方法加速鈣鈦礦材料迭代的巨大潛力。
本研究構(gòu)建了國內(nèi)首臺全自動(dòng)高通量實(shí)驗(yàn)平臺，解決了鈣鈦礦研究中長期存在的重復(fù)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(jì)分析。通過對超1000個(gè)樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)溶劑氛圍波動(dòng)是影響器件重復(fù)性的關(guān)鍵因素，并引入超級吸附樹脂有效緩解。結(jié)合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)與高級統(tǒng)計(jì)分析，本平臺展現(xiàn)出卓越的預(yù)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(jī)光伏和
光電探測器)。最后，研究人員設(shè)想通過融合四個(gè)基本要素實(shí)現(xiàn)材料發(fā)現(xiàn)的范式轉(zhuǎn)變：(1)自動(dòng)化高通量平臺，用于生成可靠數(shù)據(jù)；(2)統(tǒng)計(jì)分析，用于預(yù)測、解釋和優(yōu)化；(3)智能調(diào)度，用于閉環(huán)迭代實(shí)驗(yàn)；(4)大型語言模型(如 ChatGPT 和 DeepSeek)，用于構(gòu)建特定材料的大型模型并生成假設(shè)。一般來說，人的靈感會產(chǎn)生初始實(shí)驗(yàn)，然后在要素(1)、(2)和(3)之間進(jìn)行多次迭代。相關(guān)的數(shù)據(jù)和知識將反饋給要素(4)，最后形成一個(gè)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。
