（通讯员高妍）近日，武汉大学高等研究院教授闵杰团队系统评估了26种活性层体系的高速涂布加工能力，提出了量化有机光伏材料可高速加工性能的新指标Ah，并揭示了决定薄膜质量的关键流体动力学与结晶动力学机制。相关成果以“Mechanisms for improved high-speed processability of active layer materials in bulk-heterojunction organic photovoltaics”为题发表于国际期刊《焦耳》（Joule）。高等研究院硕士研究生肖博为论文第一作者，副研究员孙瑞和闵杰为共同通讯作者，高等研究院为第一通讯单位。

有机太阳能电池因其轻质、半透明、机械柔性以及易于加工等特性，被认为是极具潜力的绿色能源替代方案。然而，在向商业化和大面积量产迈进的过程中，该技术面临着关键的“从实验室到工厂”鸿沟：高效率材料在工业生产所需的高速涂布条件下，往往会出现薄膜质量和器件性能衰减的问题。

针对这一瓶颈，研究团队系统考察了包含PCBM、ITIC、M3和Y6四个系列的26种小分子受体与给体PM6组成的活性层体系的高速涂布能力。为了量化材料对高速加工的耐受性，研究团队创新性地引入了“高速加工亲和力”（Ah）这一关键参数，即高速涂布与低速涂布器件效率的比值。研究发现，具有相同骨架的受体数据库呈现出集中的Ah分布，其中Y6系列体系展现出卓越的高速涂布潜力。在机制揭示方面，团队通过建立稳态溶液流体动力学模拟与原位吸收和荧光光谱测试发现，在高速涂布条件下，溶液驱动的成膜过程对最终形貌的影响更为显著。在高Ah值的体系中，受体分子结晶起始时间明显晚于PM6的结晶起始时间，这种明显的给受体“结晶滞后”现象是维持高速加工时薄膜均匀性的核心成膜机制。同时，结合汉森溶解度参数（HSP），团队深入分析了溶质-溶剂相互作用，开发了一种基于HSP的预测模型来计算给体结晶优先级（Pdc）。该模型能够直接从材料的分子结构出发，评估材料的相容性与高速加工潜力，为材料筛选提供了强有力的理论工具。此外，研究还进一步指出，受体溶液的饱和浓度（Sc）和湿膜的铺展力与活性层体系的高速溶液加工性能呈正相关，高Ah体系在湿膜阶段需要更长的受体聚集时间来维持良好的成膜状态，呈现其活性层体系的高器件效率。

该研究得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金及中央高校基本科研业务费的支持。武汉大学科研公共服务共享平台为此项工作的开展提供了有力支撑。