聚合物太阳电池具有制备工艺简单、成本低廉、重量轻、柔性可折叠等优点，是替代化石能源的潜力方案之一，近几年来，一直受到了广泛的关注。随着材料设计的不断改进、薄膜工艺优化手段的进步、界面工程设计思想的进步，聚合物太阳电池的最高光电转换效率已经超过10％。但是，有机半导体材料所固有的窄吸收光谱、高激子束缚能和低载流子迁移率严重束缚了聚合物太阳电池效率的进一步提升。优化电子与空穴传输层可以在载流子收集阶段最大限度地降低载流子的复合损失，并在电极与活性层之间形成欧姆接触，提升载流子收集效率，是提升电池性能的一个关键步骤。　　本论文围绕电子或空穴传输层的设计来研制高性能聚合物太阳电池，取得了如下研究结果:　　1.正向电池的制备工艺简单，易于操作，在国内外有机太阳电池研究组中，得到广泛的应用;同时，用于制备正向电池空穴传输层的PEDOT∶PSS材料已经实现了工业化生产，因此，正向电池是制备聚合物电池组件的理想结构。然而，聚合物太阳电池的研究表明，正向电池往往给出比反向电池更低、更差的器件性能，而提高PEDOT∶PSS的导电性能有助于提高电池性能。在PEDOT∶PSS中，PSS是不导电的绝缘体，因此，发展了一个新的方法，来简易地降低PEDOT∶PSS中不导电的PSS重量比，从而相对丰富了可导电的PEDOT组份，达到提升PEDOT∶PSS薄膜导电性的目的。本方法是在已经制备好的PEDOT∶PSS薄膜上，旋涂水和甲醇的混合溶剂，通过优化甲醇与水的比例，发现甲醇与水的体积比为0.75∶0.25时，在处理后的PEDOT∶PSS中，PEDOT与PSS重量比由未处理的1∶6.79降低到1∶2.93，PEDOT∶PSS层的电导率由未处理的5.51×10-4大幅度提高到4.04×10-2S cm-1。导电原子力显微镜研究表明，处理后的PEDOT∶PSS表面为更多的导电性PEDOT纳米微畴所覆盖，但是，可导电PEDOT纳米微畴的平均电流仅由原先的6.68pA略微提高到7.28pA，同时，电池薄膜的空穴迁移率从5.56×10-4小幅度提高到6.78×10-4cm2V-1s-1。以未处理和处理后的PEDOT∶PSS分别作为空穴传输层，以PTB7-Th∶PC71BM为活性层制备聚合物太阳电池，由200个电池器件计算得到的平均短路电流密度大幅度提高(14.46mAcm-2→16.48mA cm-2)，而开路电压和填充因子均保持不变，因此器件的平均效率得到了大幅度提高(8.23％→9.28％)，最高效率为9.42％。也将该方法应用于制备其他几种D∶A体系的聚合物太阳电池，例如P3HT/PC61BM，PTB7/PC71BM,PBDB-T/PC71BM,PBDT-TS1/PC71BM，和PTB7-Th/Bis-PDI-EG,结果都是短路电流密度得到了10％左右的提升，而开路电压和填充因子则基本不变，最终这些聚合物太阳电池的效率均提高约10％。器件性能稳定性研究表明，未封装的电池在氮气氛围内存放五天，以未处理的PEDOT∶PSS为空穴传输层的器件效率降低了11％(8.02％→7.16％)，而以处理后的PEDOT∶PSS为空穴传输层的器件效率则只降低了6％（9.07％→8.56％），说明后处理PEODT∶PSS层的光伏器件稳定性明显的提高，这与部分酸性的PSS被洗掉有密切关系。　　2.正向电池器件性能比反向器件的性能偏差的另一个原因在于，电子传输层的导电性以及活性层与金属电极间是否形成完美的欧姆接触。活性层中电子受体的LUMO能级一般在3.7-4.2eV，而Al金属电极的功函数在4.06-4.26eV左右。为了在活性层与Al电极间形成完美的欧姆接触，要求电子传输层对Al电极的功函数可以在较大范围内加以精准地调控，同时，可以精准地调节Al电极的功函数，使其最大限度地接近活性层电子受体材料的LUMO能级。目前所报道的单一组份电子传输层材料难以满足这一要求，因此，从超分子概念出发，把N719和PrC60MAI这两种阴阳离子盐共混，通过两对阴阳离子对间的离子对重组，来解决这一科学问题。N719是一个商品化的染料敏化剂，广泛用于染料敏化太阳电池中，而PrC60MAI是一种C60基电子传输层材料。首先发现，N719可以用作电子传输层材料，得到与PrC60MAI类似的器件性能。当把两者共混，旋涂到Al电极表面上，深紫外光电子能谱(UPS)结果表明，通过调节N719和PrC60MAI的重量比，Al电极的表面功函数可以在-3.68到-3.89eV间大范围地加以精准调控，而两者的重量比为1∶1时，得到的表面功函数值为-3.9eV左右，这个数值与目前报道的非富勒烯受体材料ITIC以及富勒烯受体材料PCBM的LUMO能级(-3.9eV)几乎一致。据此，选取目前广泛研究的宽带隙聚合物给体材料PBDB-T，并与ITIC和PC71BM组合形成一个新的三组份体系，来制备聚合物太阳电池。器件性能研究结果，从单纯的金属Al，MeOH/Al到N719/Al和N719∶PrC60MAI/Al，各个器件参数的平均值均得到有效提升:短路电流密度(16.58mA cm-2→16.35mAcm-2→16.74mA cm-2→17.99mA cm-2)，开路电压(0.852V→0.869V→0.878V→0.881V)，填充因子(0.662→0.665→0.689→0.703)，光电转换效率(9.56％→9.72％→10.50％→11.46％)。更有趣的是，聚合光伏器件的性能对该双组份电子传输层的膜厚和两种材料间的重量比的依赖性很弱:当N719∶PrC60MAI的重量比在0.9∶0.1到0.1∶0.9间变化时，以及膜厚在3.6nm到22nm间变化时，聚合物光伏器件的效率都可以达到11％左右。将N719和N719∶PrC60MAI双组份电子传输层用到其他的双组份D∶A体系中，比如，PBDB-T/ITIC，PBDB-T/PC71BM和PTB7-Th/PC71BM，与纯Al器件相比，最高效率的提高程度分别如下:8.58％→9.31％→10.28％，7.28％→7.97％→8.90％和8.58％→9.29％→10.19％，说明了N719和N719∶PrC60MAI双组份电子传输层具有较广的普适性。器件性能稳定性测试结果表明，与标准的Ca/Al器件相比，N719∶PrC60MAI双组份电子传输层的器件具有较高的稳定性:未封装电池放在氮气氛围手套箱放置60天，后者的器件效率仅降低24％，而Ca/Al的器件效率则降低了35％。