近几年非富勒烯受体的有机太阳能电池的效率不断突破新高,使得有机太阳能电池正在引起越来越多的科研人员的关注和兴趣。在众多科研人员的努力下,越来越多高效的给体材料或者受体材料被合成出来,器件效率也因此得到很大的提升。但是,关于有机太阳能电池的详细的物理机制还是相对落后与于它们的应用。由于有机半导体材料具有很高的能量无序度和空间无序度,所以其物理性质跟无机半导体是非常不一样的,其光电转化过程也复杂得多。科研人员会从多个方向研究有机太阳能电池的运作机理,其中从载流子动力学的角度研究有机太阳能电池就是非常重要的一个方向。本论文主要研究有机太阳能电池中的载流子动力学过程。载流子动力学过程包括载流子的产生,输运,抽取和复合,每一个过程都有相应的机理。而本论文主要关注载流子的复合过程。有机太阳能电池中的复合过程主要包括孪生复合与非孪生复合。孪生复合指的是光生电子和空穴还没拆分之前就发生复合,相反,非孪生复合指的是已经成功分离的电子和空穴跟其他载流子或者陷阱发生复合。本论文的第二章,我们自行搭建了瞬态光电测试系统,对有机太阳能电池器件实施瞬态光电压和瞬态光电流的测试。其技术原理是,利用脉冲激光器激发处于不同光强下的有机太阳能电池器件,使其产生瞬态光电压和光电流信号,并对这些数据进行系统地处理,从而得到有机太阳能电池的载流子动力学信息,包括载流子的浓度、寿命和复合率等。通过理论分析,我们可以用载流子动力学信息来表达开路电压,并以此来研究复合对开路电压的影响。我们制备了多种有机太阳能电池器件,并对它们进行瞬态光电测试,测出它们的浓度、寿命和复合率,并以此计算出开路电压,发现与测量开路电压值误差很小,证明开路电压主要受限于非孪生复合。也证明了实验测量的载流子动力学信息的可信度。最后通过进一步的理论分析,发现开路电压除了跟给受体能级差有关以外,还跟复合电流与光生电流的竞争关系有关。本论文的第三章,主要用瞬态光电系统研究溶剂蒸汽退火对器件的载流子动力学的影响。我们报道了一个高填充因子的小分子器件,它经过适当的溶剂蒸汽退火后,填充因子能达到78%。为了系统地研究溶剂蒸汽退火对载流子动力学的影响,我们制备了不同溶剂退火时间的器件作为研究对象,并一一测试他们的浓度,寿命和复合率信息。并根据理论分析对它们的J-V曲线进行重构。发现最优化的器件的重构效果最好。证明了最优化的器件只受限于非孪生复合,而完全可以忽略孪生复合。然而,对无处理的器件的重构就有挺大偏差,我们认为对于无处理器件来说,还需要考虑孪生复合的影响,于是通过一个简单的模型模拟孪生复合的影响,并对无处理器件再一次进行JV曲线的重构,并得到了比较好的拟合效果,证明无处理器件的确是受孪生复合和非孪生复合的共同作用的。换个角度来说,也说明了溶剂蒸汽退火处理的确影响了载流子动力学,因为有效地抑制了孪生复合,从而提高器件的填充因子。论文的最后一章,首先介绍了基于带尾的陷阱辅助复合的复合机制。引入带尾的概念来表示浅能级的陷阱态分布,并认为带尾态在带隙中服从指数分布,我们通过计算给出了复合率表达式。基于带尾复合模型并利用数值模拟的方法求解基本半导体方程,得到浓度和电势在不同外加电压下在空间中的分布,从而实现对器件的电流电压特性曲线的仿真。另外,通过调节载流子的产生率我们还可以模拟变光强J-V测试,计算出开路电压随光强的变化关系,从而求出器件的理想因子。同时,还可计算出浓度随光强的变化,所以也同时实现对电荷抽取实验的仿真。然后用这个带尾复合模型去仿真富勒烯体系和非富勒烯体系的有机太阳能电池的J-V测试和瞬态光电测试。对比仿真结果和实测数据可知,带尾复合模型能很好地研究有机太阳能电池体系的载流子动力学。最后,以带尾复合模型为基础,通过调节带尾的斜率和活性层厚度,分别从能量和空间两种角度研究各自对载流子动力学的影响。结果发现,带尾斜率越大,器件复合越严重,另一方面,有机太阳能电池因为厚度都挺薄,所以载流子在体内分布很不均匀,这样也会影响载流子的复合情况。当器件厚度太薄时,器件的复合也会非常严重。