有机太阳能电池因其成本低、柔性、可卷对卷生产以及半透明性等特性得到研究人员的广泛关注。近年来,随着具有更加复杂结构的新型非富勒烯受体的快速发展,活性层薄膜展现出更加复杂、丰富的形貌变化特征,对形貌调控的研究又提出了新的要求和挑战。本论文主要围绕非富勒烯有机太阳电池的活性层形貌研究的重要问题,开展深入的活性层调控和作用规律研究,为通过形貌优化提高非富勒烯有机太阳电池的器件性能提供重要的参考。具体的内容如下:本文第一章介绍了有机太阳电池研究的相关背景、基本参数和工作原理。第二章介绍了如何制作有机太阳电池器件以及相关的测试研究方法。第三章我们采用非富勒烯受体Y6和聚合物给体PM6制作成二元有机太阳电池器件,探究了不使用添加剂的情况下,采用不同后处理方式对聚合物给体-非富勒烯受体体系有机太阳电池形貌和器件稳定性的影响。研究发现,分别通过热退火（TA）和溶剂蒸汽退火（SVA）两种不同方式处理活性层薄膜,其中采用CS2溶剂蒸汽退火处理的器件,实现了同时提高器件短路电流(JSC)和填充因子（FF）的目标,使其相应有机太阳电池器件的光电转化效率提高了14%。同时,采用CS2溶剂蒸汽退火处理的器件具有更加优异的稳定性,在手套箱中放置2000 h后仍然保持90%以上的效率。为了探究SVA后处理使器件性能和寿命提升的原因,本文从形貌调控的角度出发,发现SVA后处理可以使得活性层薄膜呈现出适当的相分离和结晶度;同时从器件载流子传输的微观动力学出发,采用空间电荷分析法去测量真实器件载流子迁移率并通过光强依赖性测试测量器件内的复合损失情况,证明了SVA后处理可以有效改善器件的载流子传输特性,提升器件载流子迁移率,抑制器件内的双分子复合,从而提高器件的JSC和FF。在第四章,采用非富勒烯受体Y6、富勒烯受体PC71BM和小分子给体DR3TSBDT构建三元全小分子太阳电池器件作为研究对象,采用不同的溶剂蒸汽对活性层进行SVA调控活性层的形貌。经过研究发现,采用不同溶剂蒸汽SVA处理会影响活性层薄膜的相分离和结晶度;不仅如此,SVA处理还会影响该三元全小分子体系活性层薄膜的纵向相分布。SVA处理后的活性层薄膜中非富勒烯受体Y6在纵向上形成了梯度分布,传输电子Y6在活性层表层富集（更接近电子传输层）,这有利于电子的传输和抽取;同时从器件的载流子动力学角度出发,采用光伏器件模型并考虑了陷阱态的影响,拟合测量了真实器件的载流子迁移率,证明了这一特殊的纵向梯度分布能够有效改善器件的载流子传输特性,提升器件载流子迁移率,抑制光生激子的复合,从而提高器件的JSC和FF,最终使得优化后有机太阳电池器件的光电转化效率从2.07%提升到13.95%。本项工作阐明了活性层形貌与器件载流子传输行为的联系,发现对该三元全小分子体系活性层进行SVA处理的确影响了器件载流子动力学行为,有效抑制复合,从而提高器件的性能。