随着社会经济的发展和人口的增长,人们对能源的需求量日趋增大。太阳能具有储量无限、无污染、分布广、易采集利用等优点,被认为是理想的下一代能源。太阳能电池能够直接将太阳能转换为电能,加以开发利用,受到了人们的广泛关注。近年来,有机太阳能电池发展迅速,但是距离商业化尚有一段距离。为了提高器件性能,一方面,需要加快新材料的探索研发,另一方面,需要在现有材料基础之上,对器件进行优化改性等。同时,对于光伏过程的理论研究的认识需要进一步探索,通过理论来指导材料的设计和器件的优化。据此,本文主要着眼于有机太阳能电池的活性层,对于现有的几种新型结构有机太阳能电池的物理机理方面做了相关的研究工作。在三元有机太阳能电池体系中,通过三元器件与两二元器件的性能、物理参数、形貌对比,深入地了解、认识到小分子BTR是如何改善二元器件性能的。通过平衡传输特性,调节缩减因子,缓和电荷复合,加速电荷收集,对新三元体系的设计有很好的指导作用。在全聚合物太阳能电池体系中,通过与同一受体匹配性质类似的不同给体,研究两器件展现出明显不同光电性能的原因。在此工作中,我们发现了不平衡的迁移率不一定会绝对阻碍电池性能,反而在传输过程中会适当缓和复合。另外,能级差别和能量紊乱并不完全会导致电池开路电压的变化,其内部其他因素如非辐射损失也会起到很大的作用。这对全聚合物分子设计提供了新思路。