由于化石能源的日益枯竭及其所带来的环境问题,可再生能源(如太阳能)逐渐得到人们的重视。有机聚合物太阳能电池具有柔性、质轻、可溶液制备以及大面积加工等优势,成为当前能源领域的研究热点。尽管如此,有机太阳能电池在器件的能量转化效率和稳定性方面与商业化的硅基太阳能电池还有一定差距。因而,为了扩展其进一步应用还需要深入的科学研究。为此,本工作分别从器件的界面工程和活性层结构两个角度出发,制备了具备更高性能的有机太阳能电池器件。在器件界面工程方面,本文采用了一种具有钙钛矿结构的金属氧化物——镍酸镧(LaNiO3),作为有机太阳能电池的空穴传输层以替代传统的poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)层。通过对比不同厚度的镍酸镧对 poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene-co-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate](PTB7-Th):[6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester(PC71BM)光伏体系性能的影响,发现当厚度约为8 nm时,器件的最大能量转化效率可达9.45%,且它的效率和稳定性均高于PEDOT:PSS作为空穴传输层的PTB7-Th:PC7iBM光伏电池。综合空穴传输层、活性层的结构表征、光学测试,以及器件的电学性能测试表明:合适厚度的LaNiO3不仅可以完全覆盖掺氟氧化锡(FTO)电极,还可降低LaNiO3/FTO表面的粗糙度,这可影响到活性层的微观形貌,进而决定器件内的光电转换过程。空间电荷限制电流和瞬态光电压测试就证实具有这类结构的PTB7-Th:PC7iBM光伏器件中空穴具有最大的迁移率和最小的双分子复合特征,这使得器件的转换效率达最大。在活性层结构优化方面,本文将一种有机物小分子3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b’]dithiophene(ITIC)掺杂到Poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene))-alt-(5,5-(1’,3’-di-2-thienyl-5’,7’-bis(2-ethylhexyl)benzo[1’,2’-c:4’,5’-c’]dithiophene-4,8-dione)](PBDB-T-2F):3,9-bis(2-methylene-((3-(1,1-dicyanomethylene)-6,7-difluoro)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b’]dithiophene(IT-4F)体系中,从而制备了活性层为 PBDB-T-2F:IT-4F:ITIC 体系的三元有机太阳能电池。一方面,ITIC和IT-4F具备类似的结构,使得两种受体相可以和谐地共混形成均匀的整体相;另一方面,IT-4F在分子结构上较ITIC的两个端基多4个氟取代原子,导致二者在光谱吸收上有明显差别。从而,可为三元光伏器件的外量子效率提升做出贡献。结果表明:当PBDB-T-2F:IT-4F:ITIC的比例为1:0.8:0.2时,器件的能量转化效率可达11.06%,转化效率分别较其对应的二元器件提升 0.7%(PBDB-T-2F:IT-4F,10.36%)和 1.7%(PBDB-T-2F:ITIC,9.36%)。综上所述,本文通过如上两种方式分别制备出具备更高转化效率的聚合物太阳能电池,为其进一步的商业化发展提供了新的思路。