文章引用：

Shang Y, Xiong Z, An K, Hauch JA, Brabec CJ, Li N. Materials genome engineering accelerates the research and development of organic and perovskite photovoltaics. MGE Advances. 2024;e28.

https://doi.org/10.1002/mgea.28

文章引用：

Shang Y, Xiong Z, An K, Hauch JA, Brabec CJ, Li N. Materials genome engineering accelerates the research and development of organic and perovskite photovoltaics. MGE Advances. 2024;e28.

https://doi.org/10.1002/mgea.28

文章摘要

由于有机与钙钛矿等新兴光伏技术的复杂组分和工艺，新材料的开发和性能优化面临巨大挑战。采用传统实验方法筛选和优化先进光伏材料需耗费大量时间。为加速新材料的研究和技术落地，材料基因工程（Materials Genome Engineering, MGE）将高通量实验（High-throughput Experiment, HTE）、大数据和人工智能（Artificial Intelligence, AI）算法结合，提供了一种新型高效的研究方法。高通量实验平台可快速完成实验任务，为研究和优化新材料提供大量可靠的数据。高通量实验和人工智能紧密结合，可以加速新材料的研究和应用，有利于建立材料-加工-性能数据库，克服新兴光伏技术的研究与应用瓶颈。本综述详细介绍了材料基因工程技术关键技术在有机光伏和钙钛矿光伏领域的应用，并讨论了其对加速新材料和新技术研发的重要作用。

文章重点内容介绍

新兴光伏技术是清洁能源和低碳经济的重要组成部分。因有机和钙钛矿光伏材料具有优异的材料特性（质量轻、成本低和可溶液加工）和光电特性，在柔性、集成光伏等领域受到了广泛的关注。但是有机和钙钛矿光伏材料结构和组分的复杂性以及加工工艺的多样性，使传统的材料研究和优化方法不仅耗时、耗力且成本高昂，限制了新兴光伏技术效率和稳定性等关键参数指标进一步提高。

如今，新型材料从发现到应用的过程仍需要大量的试错实验。在这种背景下，开发高效且适用于工业应用的新材料通常需要多年的研究积累和开发。为解决这一难题，材料基因工程提出了一种新材料研究模式：通过将高效计算、快速实验和大数据紧密结合，加速材料设计、开发和应用（图1）。作为材料基因工程的关键技术，高通量实验平台可以快速完成重复性任务，精确控制实验条件，避免人工误差，生成大量多元化、可靠的高质量实验数据，有助于建立先进光伏材料的多尺度构效关系数据库。另一方面，人工智能技术已成为全球科技发展的前沿和热点，利用AI深入探究科学原理、创建实验模型来解决科学问题已成为研究新范式。高通量实验和AI技术的结合，将进一步改变材料科学的研究范式，推动并加速新兴光伏技术新材料与新技术的研发和应用。    

图1. 材料基因工程将高通量（HT）实验、大数据和人工智能（AI）相结合，加速光伏（PV）材料研究和应用进程。

材料基因工程技术辅助新材料与新型器件的研发是新兴光伏技术研究方法的重大变革。其主要包括：(1) 高通量制备和表征；高通量实验平台可快速实现实验参数筛选、大数据采集、多目标优化等复杂过程。(2) 数据库建立；数据的来源主要基于高通量实验、高通量计算和文献数据，这为材料结构–加工工艺–器件性能的数据库构建提供了大量高质量数据。(3) 机器学习有助于理解材料结构–器件性能关系，分析实验和计算结果，进一步预测并指导实验；机器学习的引入为实现逆向实验和闭环实验提供了可能，可根据预测结果进行迭代实验设计。(4) 促进新兴光伏技术发展；材料基因工程技术的应用有助于加速新兴光伏材料与技术从设计、优化到大规模应用的商业化进程。

材料基因工程正推动材料科学研究，发生从“经验指导实验”到“理论预测指导实验”以及“数据驱动与自主智能优化实验”的研究范式转变，促进了多学科交叉发展，有助于突破目前新兴光伏技术的发展瓶颈。材料基因工程技术将改变目前新兴光伏材料与技术的研究方式，为搭建面向未来材料科学研究的自主智能化实验室奠定基础，推动材料科学研究与应用的跨越式发展。

作者介绍

李宁，通讯作者，华南理工大学教授，发光材料与器件国家重点实验室固定科研人员。主要研究新一代光电功能器件，包括有机、钙钛矿太阳电池的新型器件结构，先进加工技术以及产业化应用。探索材料基因工程技术加速先进光电材料与器件的研发与应用，并且与多种前沿技术相结合，包括高通量自动化实验、人工智能、数字孪生、模拟和大数据方法等。在国际学术期刊上发表论文200篇，引用13000余次，H因子68，全球高被引科学家，荣获2023年材料基因工程高层论坛青年科学家一等奖。

尚影，第一作者，华南理工大学材料科学与工程学院博士研究生。在郑州大学获得学士学位（2018年）和硕士学位（2021年）。主要研究方向为基于高通量实验平台研究环境友好的钙钛矿薄膜加工工艺。