有机太阳能电池(Organic solar cells,OSCs)具有材料来源广泛、质量轻、制备工艺简单、可大面积制备等优点,是一种极具应用潜力的光伏技术。为了实现OSCs实用化,进一步提高其光电转化效率(PCE)是目前研究的焦点。有机太阳能电池由电极材料、活性层材料和界面层材料组成。活性层材料和界面层材料调控对OSCs光电转化效率的提高起到至关重要的作用。合适的活性层材料可以拓宽光吸收范围,提高激子分离效率。合适的界面层材料能有效抑制激子复合,降低活性层/电极界面的接触电阻。本论文拟从活性层和空穴传输界面层两个方面对OSCs进行改性,进一步提高OSCs的光电转化效率。1、传统活性层由一个电子给体和一个电子受体二元共混而成。针对二元共混活性层的缺点,特别是在光吸收范围上的限制,本论文发展了三元共混活性层。本论文在PTB7:PC71BM二元共混体系基础上,加入自制小分子第三组份,拓宽活性层的光吸收范围,实现大幅提高有机太阳能的光电转化效率。本论文合成了一系列小分子第三组份,其中小分子FTR吸光范围最宽,向PTB7:PC71BM二元共混体系中加入15%w/w的FTR后,光电转化效率从7.0%提高到8.3%。研究发现,向PTB7:PC71BM二元共混体系中加入FTR后,FTR可与PTB7发生电子转移,这能显著提高电池的短路电流。加入FTR后,活性层的激子分离不仅发生在PTB7与PC71BM之间,也发生在PTB7与FTR之间,这可以显著增加激子解离,促进填充因子的提高。短路电流与填充因子的提高导致OSCs光电转化效率显著提高。2、界面层材料包括传输电子界面层材料和传输空穴界面层材料。其中传输空穴界面层材料发展滞后,目前商业化产品只有PEDOT:PSS一种。PEDOT:PSS具有酸性和吸湿性,不利于器件的长期稳定。特别是绝缘的PSS和强各向异性的PEDOT会限制电荷的传输和收集,不利于电池光电转化效率的提高。针对PEDOT:PSS的缺点,本论文开发了一系列新型的pH中性共轭聚电解质(Conjugated polyelectrolytes,CPEs)类空穴传输界面层材料。光电转化效率测试结果表明,本论文开发的CPEs可以促进活性层与电极形成欧姆接触,从而提高电池开路电压;具有高且均匀的电导率,可以提高空穴提取效率,降低激子复合,从而提高电池短路电流和填充因子;具有pH值中性的特点,从而提高器件的稳定性。使用本论文开发的CPEs作为空穴传输层,OSCs光电转化效率得到显著提高。