以化石能源为主的能源消耗结构正逐步引起全球气候变化、环境污染以及生态破坏等问题。在过去的几十年中,风能、潮汐能以及太阳能等清洁能源成为科学界与工业界的研究热点。据统计,每年辐射到地球陆地表面的太阳能是地球煤炭总储备能量的30倍,被认为是理想的下一代能源。作为第三代薄膜太阳能电池的代表,体异质结有机聚合物太阳能电池所具有的质量轻、低成本、低毒、易于通过旋涂和喷墨打印等方式大面积制备的优点是传统的无机太阳能电池以及有机-无机混合钙钛矿太阳能电池无法取代的。随着人们对聚合物太阳能电池中光电转换过程的深入理解以及在材料设计上的不断探究,众多结构新颖、性能优异的器件被开发出来。这其中,对活性层及界面性质的调控是改善载流子产生、传输、收集进而提升器件性能的重要手段。在给受体共混的本体异质结活性层中,光生激子在给受体界面处发生电荷转移并激子解离,形成的自由电子(空穴)沿着受体(给体)传输,并最终分别被电池的电极收集。因此,通常活性层的材料需要有较高的迁移率来保证光生载流子可以有效的向各自的电极输运。同时,器件内部尤其是富勒烯基活性层内部存在电子与空穴输运的不平衡问题,这会引起空间电荷积累。此外,在整个电荷输运过程中,ZnO等传输层材料与富勒烯电子受体存在势垒,并且ZnO中存在作为复合中心的界面缺陷态,造成电子陷阱和电子-空穴复合损失,这些因素都制约着器件效率的提升。本文分别从活性层与界面层的调控入手,采用活性层掺杂与ZnO电子传输层界面修饰的策略来优化器件的光伏性能。同时结合多种光谱及光电测试手段系统研究了掺杂以及界面修饰对功能层形貌、光学性质、能级排布以及器件内部载流子传输、复合等动力学过程的影响。在活性层优化方面,针对富勒烯作受体的共混体系中电子的迁移率明显高于空穴迁移率,从而引起空间电荷积累和器件性能降低这一问题,设计使用高空穴迁移率的并五苯(Pc)对P3HT:PC71BM活性层进行掺杂来平衡器件内部电子与空穴的输运能力。我们首先通过热溶剂法制备了 Pc溶液并解决了在P3HT:PC71BM中的均匀掺杂问题。进一步研究了 Pc掺杂对活性层的形貌、光子吸收能力,以及对器件内部载流子传输、复合等动力学过程的影响。实验结果表明经过低浓度(0.2 wt%)的Pc掺杂,活性层的空穴迁移率由1.12×10-5 cm2V-1S-1提升至4.88×10-5cm2V-1S-1,电子空穴传输更加平衡,因此减少了界面处的空间电荷积累。同时活性层在300 nm到475 nm范围内的光吸收能力增加。并且由于Pc的LUMO能级介于P3HT与PC71BM的LUMO能级之间,P3HT:PC71BM:Pc的活性层中形成了梯度的能级结构,稳态和时间分辨荧光表明Pc的引入有助于P3HT与PC71BM之间的电荷转移,促进了激子分离。我们通过Voc和Jsc的光强依赖性研究发现,低浓度Pc掺杂并不会引入额外的复合中心,同时更快的电荷传输减小了器件内的双分子复合率。这些电学和光学性能的协同改善使得优化的掺杂器件能量转换效率由3.46%提升至4.79%。在界面层优化方面,我们针对ZnO这种最常用的电子传输层进行改性。通常,ZnO的功函数相对于活性层中PC71BM的LUMO能级过高,PC71BM的电子向ZnO中注入时存在界面传输势垒与界面陷阱复合(ZnO表面未填补的电子陷阱态)等问题。我们通过真空蒸镀的方式在ZnO表面可控沉积一层超薄的In修饰层,从而构筑了ZnO/In纳米结并应用到PTB7-Th:PC71BM基器件中。对In修饰前后传输层与活性层的表面形貌与光学性能测试,结果表明超薄In金属的沉积几乎不对功能层的微观形貌以及光学性能产生影响。XPS测试证实了 In2O3的存在,由于其功函数介于ZnO与PC71BM之间,形成了有利于电荷输运的能级结构。UPS的测试表明修饰后的ZnO功函数降低了 0.25 eV,这减小了界面处电子注入势垒,提高了电极处的电荷收集效率。另外,稳态与时间分辨荧光光谱测量结果表明,In修饰能够有效钝化ZnO表面的缺陷态。这主要归因于ZnO/In纳米结的形成,In中电子向ZnO表面转移,填补了其中的电子陷阱态,降低了其对光生电子的俘获。经过In修饰的器件电学性能明显提升,其电荷传输、抽取以及界面复合性质都得到了改善,制备的倒置结构聚合物太阳能电池的Jsc与FF明显升高,最大能量转换效率超过10%,20个器件的平均效率也超过了9.83%。