当人工智能邂逅前沿材料科学

会碰撞出怎样的科研火花？

北京理工大学前沿交叉科学院徐健教授

跨界融合AI、材料科学与信息科学

打破传统研发的试错困境

与合作者一起推动

全钙钛矿叠层太阳能电池效率达到30.1%

实现全球最高

并首次实现多晶薄膜太阳能电池效率突破30%

相关成果登上《Nature》

为下一代光电器件发展注入北理工智慧

以硬核科研成果践行科技报国的初心使命

锚定前沿：探寻更好的光能“转换器”

我们平时在屋顶、光伏电站

看到的太阳能电池

核心材料大多是晶硅

这也是目前光伏产业的“主力军”

它就像一个“转换器”

将太阳光转换成电能

广泛应用于家庭供电、大型光伏电站

新能源汽车、偏远地区供电等领域

还可为卫星、空间站提供能源支持

在新发展理念引领下

我国大力发展绿色低碳产业

光伏产业实现跨越式发展

光伏装机容量稳居全球第一

形成了规模庞大的绿色经济产业链

但晶硅太阳能电池有自己的“短板”

生产成本偏高、而且制备过程复杂

难以完全适配我国在

空天探索、柔性能源、移动供电等领域的

多元化战略需求

为破解产业发展瓶颈

服务于国家能源安全保障的重大需求

广大科研工作者和相关从业者

牢记使命、勇毅探索

一直在寻找更优的替代材料

钙钛矿，就是最有潜力的

“下一代明星材料”之一

全钙钛矿叠层电池结构示意图

它具有转换效率高、成本低、易加工等优势

不仅在光伏领域潜力巨大

在发光、探测等领域也能发挥作用

高度契合我国“双碳”战略与新材料产业发展需求

然而，传统的材料研发周期长、效率低

全靠科研人员“凭经验试错”

且试错成本较高

为解决这一难题

徐健教授带领团队

以国家需求为导向

在学校统筹布局和学科交叉融合平台支撑下

构建了一套

全流程AI驱动的研发方案

依托多模态大模型和科研智能体

让研发从“经验试错”走向“精准设计”

跨界破局：重构材料研发新范式

“很多时候，一个问题不是没有答案

而是答案埋在海量资料里，找不到、用不好。”

徐健意识到，要真正提升研发效率

必须引入信息科学的方法

多模态大模型就像“全能翻译官”

整合解析文献文本、实验图表、分子结构

实验数据等多种类型的信息

科研智能体则像不同分工的“研究助理”

分别完成文献解析、知识提取、材料筛选

机理分析、实验方案推荐等

将过去依赖人工完成的

大量重复性、高复杂度工作

进行智能化组织和协同

大幅提升研发效率

AI研发流程图

与此同时，团队将影响实验结果的关键因素

与模型预测结果建立对应关系

结合理论计算和实验验证进行交叉印证

使该研究范式实现了

材料设计与器件性能的可解释性预测

让AI不仅回答出“哪个好”

更进一步解释“为什么好、好在哪里”

帮助科研人员探究其背后的物理化学机制

AI研发并非一帆风顺

团队遇到的最大挑战

是理论预测与实验结果的偏差

对此，团队建立了闭环修正机制

把实验中效果不佳的数据反馈给模型

让模型在“试错—反馈—学习”的循环中

不断提升预测精准度

效率突破：解锁未来应用新场景

全钙钛矿叠层太阳能电池效率突破30%

多晶薄膜电池效率首次迈入30%区间

该成果意味着全钙钛矿叠层太阳能电池的

材料设计、界面调控

电荷传输匹配等均实现了系统性提升

薄膜、低温、轻量化的多晶薄膜太阳能电池

也在光伏效率竞争中跻身第一梯队

效率的突破

将为钙钛矿打开全新的应用空间

比如建筑光伏一体化、柔性便携电源

车载/移动电源等

其中最具潜力的就是空天能源系统

和传统晶硅电池“又硬又重”的特点不同

钙钛矿电池质地轻盈、可弯曲、易塑形

刚好适配航天设备“轻量化”的需求

同时，还可以通过分组设计和器件结构设计

进行针对性优化

为我国未来深空探测、卫星组网等

空天工程的专用能源系统

提供了新的技术空间

也将为航天强国建设注入新的技术动能

卫星能源系统示意图

徐健表示

科研工作必须始终紧扣

国家产业升级和经济高质量发展需求

要把论文写在祖国大地上

让钙钛矿从实验室走向商业化

未来的研究重点不只是“刷新纪录”

而是要提升器件长期运行的可靠性

规模制备和器件工程优化

目前，全球钙钛矿研究仍处于

实验室探索与产业布局的关键阶段

随着技术的不断突破

我们有信心开辟出更多全新的应用场景

为国家绿色发展注入新动力！

徐健与团队学生合影

学者名片

徐健，北京理工大学前沿交叉科学院准聘教授，国家级青年人才。围绕光电半导体材料的智能设计开展系统研究，融合理论计算、数据驱动与人工智能方法，面向太阳能电池、发光二极管等关键光电器件，开展表界面分子设计、新型半导体材料开发及人工智能赋能材料研发工作，为高效稳定光电器件的发展提供重要理论与技术支撑。主持/参与国家级青年人才项目、国家自然科学基金青年科学基金项目、北京市科技计划项目、产学研合作项目等。以第一/通讯作者（含共同）发表SCI论文30余篇，包括Nature (4篇)，Science (4篇)。

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出品：党委宣传部

素材：前沿交叉科学院

图片：受访者提供

编辑：王媛

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