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有机太阳能电池的基本器件结构是不同薄膜的层状堆叠而成,中间的吸光层主要功能是吸光并产生电荷载流子,两边阴阳电极负责收集电子和空穴,在电极和活性层中间存在电子传输层和空穴传输层,这两个传输层在电池中扮演着重要的角色,直接影响器件的光学和电学特性。在反型结构的有机太阳能电池中,通常采用过渡金属氧化物TiO2和ZnO作为器件的电子传输层,过渡金属氧化物虽然阻挡空穴的能力较强,但是其本身的物性也影响了导电能力,从而会降低电子的传输效率继而影响阴极对电子电荷的收集。首先,通过旋涂成膜制备了基于PCDTBT:PC70BM体异质结反型聚合物太阳能器件,根据金属纳米粒子局域表面等离子体激元共振原理,将Au NAs纳米粒子掺杂到作为电子传输层的Zn O薄膜中,优化Au NAs纳米粒子的浓度来最大限度地改善器件的性能。实验中,当ZnO薄膜中金纳米箭头掺杂浓度达到1.5 wt%时,器件的到最佳Jsc达到17.4 mA/cm2,FF达到52.9%,PCE达到7.82%,对比未掺杂器件效率有了27.4%的提高。器件的短路电流、填充因子及光电转化效率在引入金纳米箭头之后得到明显的改善。探究了电子传输层中不同浓度的掺杂对器件性能的影响规律,并且对聚合物电池器件的吸收光谱、复阻抗谱图、原子力图谱、FDTD光场模拟等进行了详细的分析。随着纳米金箭头浓度的增加,器件光吸收利用增强效应越明显,器件Jsc有了明显的提高。在之后的研究中,通过在活性层与电子传输层之间引入聚芴修饰层,系统研究了三种聚芴材料PHF,PFTBT,PDFBT厚度变化对器件性能的影响,并对三种材料修饰的器件分别进行了优化。通过引入聚芴修饰层以后,器件的填充因子和短路电流密度都得到了明显的提升,器件开路电压未发生明显变化。研究发现,通过改变转速调整修饰层厚度,器件的性能可以实现优化,优化后的器件光伏性能参数为:引入PFTBT以后,器件短路电流密度增加到13.46 mA/cm2,填充因子增加到57.24%,结果能量转换效率增加到6.66%.引入PDF以后,器件短路电流密度增加到13.92 mA/cm2,填充因子增加到55.52%,能量转换效率因此增加到了6.72%。引入PDFBT的效果最为显著,电池器件的短路电流提升到14.53 mA/cm2,优化器件的填充因子上升到61.88%,优化器件的能量转换效率达到了7.97%。提出利用导电有机材料聚芴类电致发光材料（polyfluoren）衍生的聚（9,9-二己基）（poly（9,9-dihexylfluorenyl-2,7-diyl））与传统聚合物电解质PEI作为复合阴极传输层,改善一般的聚合物传输材料PEI导电性弱的缺点,提高不同薄膜之间互补性,从而改善器件的光伏性能。基于PEI/PDHFD双阴极界面层在ITO上展现了相对平整的表面形貌,这是源于PDHFD在ITO/PEI上进一步实现了均匀、完整地覆盖。PEI与ITO之间形成了有效的界面偶极,降低了ITO表面的功函数。而基于PEI/PDHFD双阴极界面层进一步调节了能级分布,形成了电荷转移相互协同的作用,改善了器件的接触特性。基于单独PEI阴极界面层的ITO的表面展现了比较强的亲水性,而基于PEI/PDHFD双阴极界面层的ITO的表面展现了相近且比较强的疏水性,更有利于上层活性层的成膜,改善了与活性层薄膜的传输层的接触。此外,PEI/PDHFD复合阴极传输层对器件的光学特性具有很好的调整作用,提高了器件对入射光的吸收利用,提高了光伏器件的短路电流。将复合阴极缓冲层应用到PTB7:PC71BM、PCDTBT:PC71BM以及P3HT:ICBA体系的反型聚合物太阳电池,从短路电流和填充因子两方面改善了器件的性能,通过改变PDHFD界面层的厚度,从而使器件的最佳效率分别提高到9.17%,6.62%和5.85%。因此,本文提出了将电子传输层界面优化提高有机太阳能电池性能的设计方法,为有机太阳能电池的广泛生产应用提供了有效的科学依据,是解决反型有机太阳能电池应用领域难题的关键技术,具有重要研究意义。