有机太阳电池（OSC）以其质量轻便、可挠折弯曲、可溶液加工以及低成本的优势得到了广大研究者们的青睐。得益于非富勒烯受体材料的迅猛发展,有机太阳电池的光电转换效率（PCE）已经突破了18%。但是目前大部分活性层体系的最优性能都是在膜厚100 nm左右获得的,随着膜厚的增加,器件的效率会呈现出一定程度的下降。这种情况将非常不利于大面积卷对卷印刷生产,因此发展高效率的厚膜活性层是非常必要的。本论文以实现高效率的非富勒烯厚膜活性层为目标,从提升活性层中的载流子迁移率、获得平衡的载流子传输这一方面着手,通过发展多种非富勒烯厚膜活性层体系实现了厚膜高效率光伏器件,本论文的主要研究内容和创新点如下:通过构筑1D/2A三元活性层以实现高效率厚膜活性层。发现PBOff DT:IT4F二元活性层因为IT4F较弱的结晶性以及较低的μe导致该活性层在膜厚增加的过程中PCE发生严重的劣化。为了解决这个问题,在保持PBOff DT:IT4F的D:A比不变的情况下,额外加入了强结晶性的第三组份ID4F。发现ID4F的加入量在较大的范围变化时都能使三元活性层的效率得到明显提高,这得益于ID4F在三元活性层中的电子传输通路作用提升了活性层的μe,抑制了活性层中的载流子复合,因此PBOff DT:IT4F:ID4F三元活性层在160 nm的情况下实现最优10.74%的PCE,同时当膜厚大幅增加到380 nm时,PCE还可以保持在10.08%;之后,从分子结构角度出发,选择与ID4F分子尺寸非常接近的非富勒烯受体IDIC,构筑了PBDB-T-SF:IDIC:ID4F三元活性层。IDIC和ID4F较好的相容性使它们在三元活性层中以“合金”的形式存在,因此三元活性层表现出更高的μe,更平衡的载流子传输和更好的相分离形貌。在PBDB-T-SF:IDIC:ID4F的D:A比为1:0.6:0.4的情况下,三元活性层表现出最高11.52%的PCE,同时在85-250 nm的厚度范围内PCE也能始终保持在10%以上。以上结果说明了通过构筑三元活性层的方式来使活性层获得高且平衡的载流子迁移率,从而实现高效的厚膜活性层是一种有效的方式。通过为具有高空穴迁移率（μh）的聚合物给体选择合适的非富勒烯受体来实现高效率厚膜活性层。为窄带隙高空穴迁移率（μh）的聚合物给体Si25选择具有长波长吸收的含苯并三唑类的Y系列受体Y14搭配,Y14纯膜的μe为8.17×10-4 cm~2 V-1 s-1,在Si25:Y14共混薄膜中,Si25可以诱导Y14分子堆积更紧密,从而使得共混膜中Y14的μe可以达到3.79×10-3 cm~2 V-1 s-1,Si25:Y14活性层中的载流子传输更加平衡（μh/μe的比值在2.31-3.56之间）。高且平衡的载流子传输使Si25:Y14活性层在320-600 nm的厚度下表现出74.69%到67.46%的FF变化,在430 nm和600 nm的厚度下分别实现了15.39%和15.03%的PCE,提供了一个较大的高效率窗口。除此之外,采用非卤溶剂邻二甲苯（o-xy）制备活性层时,在400 nm和530 nm的厚度下也可以获得14.43%和14.25%的PCE。这个结果表明采用高空穴迁移率的给体与适合的Y系列受体搭配可以很好的克服厚度敏感的FF问题。研究了非卤溶剂三甲苯的两种同分异构体对Si25:Y14厚膜活性层性能的影响。在分别采用1,2,4-三甲苯（TMB）和1,3,5-三甲苯（MES）这两种非卤溶剂制备活性层时,Si25:Y14-MES在400 nm厚度下的PCE为14.40%,而相同条件下Si25:Y14-TMB的PCE却只有6.43%。测试研究发现TMB和MES对Si25和Y14分子之间的相互作用产生不同的影响。当以TMB做溶剂时,Si25和Y14之间相互作用较弱,Y14结晶过强,与Si25的相容性变差,在活性层中形成大尺度的相区和相分离形貌,从而导致活性层中的激子解离效率降低,活性层中的μe降低了很多使Si25:Y14-TMB中载流子传输极度不平衡,载流子发生严重的单分子或陷阱复合,因此光伏性能变差。