有机太阳电池因具有质轻、柔性、可溶液加工、大面积制备和低成本等优点,被认为是一种极具应用潜力的新能源技术。在过去的20多年里,人们通过设计和合成高性能给受体材料、调控活性层形貌、界面工程和器件结构设计等手段,使单结和叠层有机太阳电池的光电转换效率分别突破了 15%和17%。为了实现有机太阳电池的商业化应用,提高器件稳定性和研究大面积电池制备技术也至关重要。本文从器件工程的角度出发,主要从三元有机太阳电池和界面修饰两方面入手,开展了以提高器件光电转换效率和稳定性为目的的基础研究工作,主要成果如下:1.采用窄带隙聚合物给体作为第三组分来拓宽活性层的光吸收范围,即在PTB7:PC71BM活性层中掺入PDTP-DFBT,将活性层的光电响应从800 nm拓宽至900 nm,同时采用小分子丙氨酸修饰阴极界面层氧化锌,最终制备出了效率为9.06%的PTB7:PDTP-DFBT:PC71BM三元有机太阳电池。荧光光谱测试结果证明,PDTP-DFBT与PTB7之间存在电荷转移过程。掠入射广角X射线衍射测试结果证明PDTP-DFBT掺杂能增强聚合物共混膜中分子链的π-π堆积和face-on 取向。2.采用染料小分子作为第三组分提高器件性能和光稳定性,即在PTB7-Th:PC71BM活性层中掺入小分子BTPE-Rn,同时剔除了不稳定溶剂添加剂1-8二碘辛烷,成功制备出了效率和光稳定性相对提高的三元有机太阳电池。荧光光谱测试结果证明BTPE-Rn与PTB7-Th之间存在能量转移过程,BTPE-Rn与PC71BM之间存在电荷转移过程。电荷传输性能测试结果说明,BTPE-Rn掺杂能有效提高活性层的电子迁移率。形貌表征结果证明BTPE-Rn能够抑制相聚集现象,优化活性层形貌。同时我们对制备的三元电池器件光稳定性进行了测试,发现BTPE-Rn 掺杂能减缓器件在光照条件下的老化。3.采用三种双官能团自组装小分子修饰氧化锌表面,将其用于非富勒烯体系的电子传输层,成功制备了效率相对提高的非富勒烯聚合物有机太阳电池。将丙氨酸、对氨基苯甲酸和对甲氧基苯甲酸三种小分子对氧化锌表面进行修饰,通过表征发现,小分子修饰能够有效降低氧化锌表面功函,有利于提高电荷收集效率。基于小分子修饰的氧化锌基底,制备了 PBDB-T:ITIC非富勒烯聚合物太阳电池,对器件中的电荷分离和复合进行研究发现,小分子修饰能有效提高PBDB-T:ITIC体系中的电荷分离效率,抑制单分子复合,提高器件的Jsc,最终我们取得了效率为10.90%的非富勒烯聚合物太阳电池。