自上世纪90年代以来,有机太阳能电池的独特的优势被人们广泛关注,优势包括:(1)有机太阳能电池制造材料可大批量大规模合成,降低材料成本;(2)有机太阳能电池可使用工业上大规模应用的卷对卷溶液加工进行制备,还可在柔性基板大面积生产制备,可有效降低制造成本并实现超轻、超薄、可弯折、半透明的需求。然而其光子能量损失较高,约为0.7-1.1e V,导致开路电压低,在理论上限制了光电转换效率的提高。基于一种新型电子受体材料-硼氮聚合物的全聚合物太阳能电池能量损失仅为0.51e V,开路电压高达1.0-1.1V,这为突破有机太阳能电池的效率瓶颈提供了潜在可能,但目前该类电池的短路电流密度和填充因子较低。本论文利用时间分辨光谱,研究高开路电压全聚合物太阳能电池中的能量损失机制,为揭示高开路电压全聚合物太阳能电池体系的光物理机制、提高其光电性能提供可能。结果表明合适的电荷分离驱动力和薄膜相分离结构对减少光电流损失和提高光电性能有着重要意义。具体内容如下:(1)通过PCE10:P-BNBP-T有机太阳能电池制备和表征,确定了活性层薄膜最佳制备工艺,并使用最佳制备工艺制备了稳态光谱和瞬态光谱薄膜样品。随后对纯PCE10薄膜和纯P-BNBP-T薄膜稳态光谱和瞬态光谱进行了分析,通过对各个峰衰减动力学过程进行了指数拟合,确定了各个粒子的寿命。对PCE10:P-BNBP-T混合薄膜的稳态光谱和瞬态光谱进行研究:PCE10与P-BNBP-T混合后可有效延长极化子寿命,PCE10:P-BNBP-T共混薄膜中的极化子寿命较PCE10纯膜大幅延长,有利于极化子被电极收集从而产生光电流,但是器件光电性能测试结果表明产生的极化子和有效被电极收集利用的极化子均较少,通过辐射或非辐射跃迁回到基态的激发态粒子所占权重仍然很大,这会造成大量的能量损失,导致器件光电性能降低。(2)为探究电荷分离驱动力对光电流损失的影响,选用了与P-BNBP-T的LUMO、HOMO能级不同的P-BNBP-FBT进行光物理研究。通过PCE10:P-BNBP-FBT有机太阳能电池制备和表征,确定了活性层薄膜最佳制备工艺,并使用最佳制备工艺制备了稳态光谱和瞬态光谱薄膜样品。随后对纯P-BNBP-FBT薄膜稳态光谱和瞬态光谱进行了分析,通过对各个峰衰减动力学过程进行了指数拟合,确定了各个粒子的寿命。对PCE10:P-BNBP-FBT混合薄膜的稳态光谱和瞬态光谱进行了研究:PCE10与PBNBP-FBT混合后可有效提高极化子寿命,PCE10:P-BNBP-FBT共混薄膜较PCE10纯膜极化子寿命大幅延长,有利于极化子被电极收集从而产生光电流。通过对比PCE10:P-BNBP-T共混薄膜和PCE10:P-BNBP-FBT共混薄膜基态漂白特征峰与极化子特征峰的动力学拟合结果并结合器件效率可知:提高给体材料和受体材料的HOMO、LUMO能级匹配度可以延长激发态粒子寿命,有利于激子进行扩散和转移、极化子的产生和扩散,从而使电极收集到更多的极化子并产生更大的光电流,抑制电荷复合,有效降低了光电流损失,提高器件光电性能。(3)为探究有机太阳能电池的活性层薄膜相分离尺度对器件性能的影响,使用了两种常用的添加剂:1-氯萘(CN)、1,8-二碘辛烷(DIO)对PCE10:P-BNBP-FBT有机太阳能电池的活性层薄膜相分离尺度进行了调节,结果表明DIO可有效的提高器件的PCE,随后我们对添加了DIO的共混薄膜进行AFM和TEM测试,DIO可以减小PCE10:P-BNBP-FBT共混膜表面粗糙度和相分离尺度,随着DIO添加比例的增加其表面粗糙度和相分离尺度不断增大。当DIO添加比例为3%时器件的光电性能最优。对添加3%的DIO的混合薄膜进行了稳态光谱和瞬态光谱进行研究,其稳态光谱表明添加DIO改变薄膜相分离尺度后其荧光淬灭增强,瞬态光谱表明在合适的相分离尺度下混合薄膜中极化子寿命大幅延长,有利于电极收集更多的极化子并产生更大的光电流,使通过辐射和非辐射跃迁回基态释放能量的激发态粒子变少,抑制电荷复合,减少了光电流损失,有效提高了太阳能电池的光电性能。