聚合物太阳能电池(PSCs)以其无污染、低成本、轻质、柔性及易大面积量产等优点成为当今新材料与新能源开发领域中最富活力的热点之一。PSCs的转化效率现已突破10%,虽然在实验研究上取得了长足进步,但是要真正发挥其优势走进商品化之前,该类型电池在器件性能、寿命、制造成本等方面仍存在许多不足,有待继续提高。本论文中,我们基于常见的聚3-己基噻吩:富勒烯(P3HT:PC61BM)体系太阳能电池,从器件结构、膜层形貌特性,界面问题、传输层功能性等方面展开研究,希望通过探讨器件性能的影响因素,进一步加深对于有机给受体材料属性、有机/无机纳米材料间相互作用机理等方面的认识,为聚合物光伏器件性能及稳定性的改善提供一点实验理论依据。论文主要研究内容如下:首先,针对正型结构光伏器件,从活性层成膜处理着手,通过精确控制器件退火过程中气氛环境压强,讨论了气压对于活性层内部结晶形貌形成的影响;此外,采用溶剂辅助双重退火方法有效地提升了P3HT结晶有序性,制备了最高效率为4.2%的正型光伏器件。随后,对比分析了PEDOT:PSS电导性、MoO3、ZnO、Cs2CO3与LiF等修饰层在电荷传输功能上对器件性能的影响。在器件稳定性方面,探讨了ZnO纳米薄膜与PECVD低温制备SiO2薄膜作为封装层在延续电池寿命上的作用效果。另外,我们将PbS量子点(QDs)引入正型结构器件中,制备了双层结构与三元共混结构的PbS QDs/有机复合太阳电池,研究了不同配体取代工艺、量子点成膜工艺对于光谱吸收以及太阳能电池光伏特性的影响。随后,我们采用溶液法对ZnO纳米结构薄膜进行优化制备,使其在电学与光学特性上均满足复合结构光伏器件制备及功能上的需要。通过工艺调整及添加表面活性剂等方法实现了ZnO纳米阵列形态取向性的有效控制;并在此基础上,进一步研究了Mg与Al掺杂对于ZnO纳米棒结晶性以及光学性质等方面的影响。本实验在开放溶液体系中进行,其方法原理同水热法相似,无需高温高压等特殊条件,对于设备条件的要求也较低,因此适于大规模制备低维有序ZnO纳米棒阵列薄膜。接下来,我们针对反型复合体系光伏器件的性能与稳定性问题,重点讨论了ZnO纳米薄膜形态在电子传输功能上的影响;另外,还就反型器件中发现的性能周期性衰减现象——“光浴”(light-soaking)问题进行了系统地分析与研究,从器件构成顺序的角度出发,通过变更电子传输层相邻界面,验证了光浴问题是由ZnO纳米材料O2吸附缺陷造成的电极界面处存在势垒所致,而并非活性层的自身老化。文中最后,我们将光敏染料Z907引入反型器件,采用物理吸附方法将其接枝于ZnO晶体表面,制备了基于共混体系的ZnO/Z907/P3HT:PC61BM结构复合器件,实验发现染料吸附进一步完善了纳米结构与活性层的接触界面,因此有效抑制了ZnO缺陷导致的电荷复合。