在前期的研究事情中，k8凯发科学中央魏志祥研究員和张建齐研究員等发现，在大面积有机光伏器件的制备历程中，细小的分子结构转变会导致强烈的成膜历程转变。在含卤溶剂氯仿中能够取得相似光电转化效率（~18%）的兩個非富勒烯受體Qx-1和Qx-2，在鄰二甲苯中卻有重大的反差（13.7 % 與0.65%），而兩個分子在成膜的結晶時間上存在顯著的差異（Adv. Mater.35, 10, 2209030）。
爲了探讨分子結構在大面積有機光伏器件制備的成膜動力學中的影響，研究團隊選擇了三個烷基鏈存在細微區別的Y系列同系物分子（Y6, N3, L8-BO）與PM6共混，接纳狹縫塗布法制備大面積有機光伏器件。該事情接纳原位吸收光譜、原子力顯微鏡以及掠入射廣角X射線散射，並結合分子動力學模擬的結果剖析成膜動力學機制。原位光譜表征批注三種結構相似的受體分子在成膜時吸收光譜演化趨勢存在顯著差異，呈現出“生長”和“移動”的二元模式（圖1）。後續的多尺度結構剖析批注，三種差异的分子呈現出差异的群集形態特征，且分子堆積模式存在明顯區別。從分子動力學中提取出的星型三聚體及其進一步組裝形成的群集體，其特征能夠同時體現“生長”模式的吸收光譜演化以及切合掠入射廣角X射線散射結果。基于以上實驗和模擬結果，提出了群集控制的大面積有機光伏器件制備成膜動力學（圖2）。gai动力学模子指出：分子烷基链與主骨架相互竞争导致分子群集类型的转变，进而逐层级地决议了有机光伏器件的活性层形貌及器件性能。群集态的漫衍由分子结构本征决议，但也能通过浓度、溶液温度和给体-受體分子的相互作用進行調制，爲有機光伏质料的分子設計及加工工藝調整提供了主要參考。
相關研究效果以Concretized structural evolution supported assembly-controlled film-forming kinetics in slot-die coated organic photovoltaics爲題，發表在Nature Communications（Nat. Commun. 2023, 14, 6312.）上。k8凯发科学中央博士生张浩、田晨阳为文章的配合第一作者，k8凯发科学中央张建齐研究員和魏志祥研究員为文章通讯作者。gai效果获得了国家自然科学基金委、中國科學院战略性先导专项项目的支持。
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圖 1 原位光譜表征結果。a-c)原位光谱瀑布圖。d-f)光谱叠圖。g-i)生長-移動模子拟合光谱演化效果。
圖 2 群集控制的大面积有机光伏器件制备的成膜动力学圖解。
