有机太阳能电池作为太阳光转化的媒介,具有质量轻,制造成本低,可以通过卷对卷技术大面积制备等优点,从而引起人们的广泛关注。在过去的几十年里,单结有机太阳能电池有明显的进步,已认证的光电转换效率突破了13%。然而由于其本身结构造成的能级不匹配,以及不平衡的载流子迁移率,严重限制了其进一步的发展。为了解决这一限制,一个有效的策略是在电极和活性层之间引入界面材料,最终实现一个高的光电转换效率。在本文中,合成了几种富勒烯衍生物,并作为界面材料应用在有机太阳能电池中,探究了分子结构与太阳能电池性能之间的关系。具体内容如下:合成了具有不同加成数目的富勒烯衍生物,作为电子传输层应用在有机太阳能电池中,提高电池性能。对于PBDB-T:ITIC-M电池,电池效率从6.21%提高到12.20%;而在PTB7-Th:PC₇₁BM电池中,使用Tri-EMC₆₀作为界面材料,电池效率从5.83%提高到了9.79%。通过对PBDB-T:ITIC-M系统的研究,发现EMC₆₀能够有效的优化能级结构,减少界面接触电阻,提高电子提取能力,从而提高电池性能。值得注意的是,基于PBDB-T:ITIC-M电池,富勒烯界面材料首次被用来作为电子传输层并取得了好的效果。研究结果表明,增加掺杂加成数目不仅能提高电子传输能力,而且也提高了电池的综合性能。合成了分别具有酯基和羧基的富勒烯衍生物FPI-A和FPI-E,并将其作为阴极界面层应用到倒置结构的有机太阳能电池中。富勒烯衍生物能够有效地钝化ZnO界面层的电子缺陷,并且优化其功函。其中,FPI-A更有效地增加了ZnO界面层的电子传输和提取能力,从而实现高的电池效率,基于PTB7-Th:PC₇₁BM电池,获得了9.47%的光电转换效率。