能源问题成为近年来世界面临的重大问题,特别是在石油、煤等不可再生资源越来越紧缺的情况下,实现清洁的可再生能源的研发与使用,成为新世纪人类面临的主要问题和挑战之一。现今可再生能源主要有风能、太阳能、潮汐能、地热能等,其中太阳能具有取之不尽用之不竭、环保无污染、可循环利用等优点,将太阳能直接转换为电能的光伏电池,是太阳能利用的重要方向。与单晶硅、多晶硅、无机半导体等传统的光伏电池技术相比,基于有机及聚合物材料的聚合物光伏电池具有成本低廉、可大面积成膜、可柔性化及重量轻的优点,是新一代光伏电池的主要研究方向,但是目前聚合物光伏电池的光电转换效率还较低,如何通过材料设计、器件优化等实现光电转换性能提升是聚合物光伏电池的主要研究方向。本文聚焦于基于非富勒烯受体的聚合物光伏电池,非富勒烯电子受体材料相对于富勒烯受体材料(PC61BM、PC71BM)等具有吸收光谱较宽、能级可调节等优点,研究内容如下:第一章主要介绍聚合物光伏电池的原理及基本发展,第二章重点介绍有机光伏电池的制备方法及性能表征;实验室中制备光伏电池主要在手套箱内,经过清洗ITO、旋涂活性层、电极蒸镀等步骤,主要采用倒置器件,对光伏电池器件性能进行研究。采用以二维共轭二噻吩-双氟苯并噻二唑共聚物(PBDTT-DFDTBT-DO)为给体,3,9-双(2-亚甲基(3-(1,1-二氰基亚)茚满酮)-5,5,11,11(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3-d:2’,3’-d’]-共-苯并二茚并[1,2-b:5,6-b’]二噻吩(ITIC)为非富勒烯受体,构筑二元共混聚合物光伏电池,得到了8.0%的效率,说明PBDTT-DFDTBT:ITIC体系光伏器件与富勒烯体系达到同等的水平。在吸收光谱上可以看到PBDTT-DFDTBT与[6,6]-苯基-71-丁酸甲酯(PC71BM)及ITIC能够进行吸收光谱互补,进而以ITIC和PC71BM为双受体材料,系统地研究了PBDTT-DFDTBT:PC71BM:ITIC三元体系光伏器件性能,利用空间电荷限制电流法、原子力显微镜、广角X射线衍射等技术对三元共混体系的载流子迁移率、表面形貌和结晶性进行了表征,并系统地分析和阐述了器件性能提升的原因。以单氟代喹喔啉-噻吩共聚物(FTQ)为给体,使用窄带隙小分子非富勒烯ITIC-Th为受体材料,通过改变给受体共混比例、薄膜厚度、热退火温度和溶剂等制备条件,系统地研究了二元FTQ:ITIC-Th体系聚合物光伏电池的光伏性能。并进行迁移率、原子力显微镜等表征。发现光致电子转移和光致空穴转移方面具有小于0.3 e V的能量偏移。FTQ与ITIC-Th二元器件效率达到8.19%,比与PC71BM的5.27%提高了35.7%。