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聚合物薄膜太阳能电池具有制备工艺简单、成本低、质量轻、柔性好易于大面积连续制备等优点已成为目前国际上的热点研究领域。而共轭聚合物-无机纳米晶杂化太阳能电池结合了聚合物的可溶液加工和无机半导体载流子迁移率高的优点而引起广泛关注。ZnO纳米晶是一种n型半导体材料，具有迁移率高，合成简单成本低等优点，是太阳能电池中具有广泛应用前景的电子受体材料。以ZnO为电子受体的杂化太阳能电池能量转化效率和稳定性比较低，尚未达到商业化生产的要求。限制该体系能量转换效率的主要因素是给受体相分离尺度太大，载流子传输不平衡导致电荷收集效率低；此外基于ZnO的聚合物薄膜光伏电池在白光照射下不稳定，器件失去光伏行为。基于上述关键科学问题，本论文在杂化光敏层薄膜聚集态调控、引入新型界面材料及结构改善电荷收集效率和器件稳定性方面开展了系统的研究工作。主要成果以及创新点如下：
1.以ZnO为电子受体材料、窄带隙聚合物聚[2，6-(4，4-二-(2-乙基已基)-环戊二烯并二噻吩-4，7-苯并噻二唑](PCPDTBT)为电子给体材料构造体异质结杂化太阳能电池，优化了给体受体比例和活化层膜厚。通过透射电镜(TEM)，原子力显微镜(AFM)和发光光谱(PL)等多种表征手段研究了该体系的活化层形貌和光学性质，表明PCPDTBT与ZnO之间产生较大的相分离是限制该体系能量转化效率的主要因素。
2.以ZnO为电子受体材料，研究了表面修饰剂修饰ZnO对异质结和体异质结器件光伏性能的影响。在异质结器件中，采用对甲氧基苯甲酸(MBA)修饰ZnO表面形成偏离ZnO的界面偶极使得器件开路电压增加，对硝基苯甲酸(NBA)修饰ZnO表面形成指向ZnO的界面偶极使得开路电压减小。在体异质结器件中，采用MBA作为表面修饰剂修饰ZnO，使得ZnO表面疏水性增加，从而改善了其在聚合物主体中的分散，减小了ZnO与聚[2-甲氧基-5-(2-乙基已氧基)-1，4-对苯(MEH-PPV)之间的相分离，提高了激子分离效率，在MBA质量百分比为0.1％时，器件的短路电流比参比器件增加了19％，能量转换效率为1.52％，比参比器件增加了39％；以NBA修饰的ZnO在体异质结电池中作电子受体材料，器件的开路电压增加，当NBA含量为1％时，器件的开路电压与参比器件相比增加了0.2V。
3.研究了以ZnO作为光学层调节活化层内紫外光的分布对器件在白光下稳定性的影响。在紫外光下ZnO的光电导迅速增加，导致没有引入ZnO光学层的光伏器件在三分钟内失去二极管行为。引入ZnO光学层减小活化层对紫外光的吸收，可以有效提高光伏器件在白光照射下的稳定性。当ZnO光学层的厚度为45纳米时，活性层内紫外光分布最小，器件在白光下照射十分钟后能量转化效率保持了初始值的87％。
4.利用新型p型无机半导体材料做阳极界面层改善杂化光伏电池性能。采用p型Cul取代PEDOT：PSS作阳极界面层，可有效的提高ITO基底的功函数，与聚合物的最高电子占据轨道能级更为匹配，器件的开路电压由PEDOT：PSS作阳极界面层的器件的0.83V增加到0.90V。利用p型Cu2O纳米晶在ITO表面形成三维阳极界面层结构，可伸入到活化层内部，有效提高了空穴收集效率。以ITO和ITO/PEDOT：PSS作为阳极的光伏器件最佳活化层厚度为100nm，以CuzO作阳极界面层的光伏器件最佳活化层厚度为140nm，有效提高了光伏电池吸光效率，以Cu2O作阳极界面层的光伏器件的能量转化效率达到2％，同比ITO和ITO/PEDOT：PSS作阳极的光伏电池分别提高189％和132％。