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相对于化石能源，有机太阳能电池是一个很有前途、经济有效的替代方案，它具有成本低、重量轻和柔性等优点。过去十年中，主要的工作集中在新给体或受体材料的合成、活性层的形貌调控以及器件结构的设计等。迄今为止，有机太阳能电池的最高能量转换效率已经超过11％。本论文研究的重点是有机太阳能电池的器件工程，探索制备有机太阳能电池的新方法，以实现高的能量转换效率和好的稳定性。具体如下: 1、使用二元添加剂可以将全聚合物太阳能电池的能量转换效率提高到3.45％。非挥发添加剂PDI-2DTT可以抑制聚合物受体PPDIDTT的过度聚集，同时增强给受体材料的混合。溶剂添加剂DIO有利于增加聚合物给体的聚集，增加给受体的相分离。 2、小分子给体p-DTS(FBTTh2)2(SD)和聚合物给体PBDTTTC-T(PD))以及两个基于PDI单元的受体材料(小分子受体PDI-2DTT(SA)和聚合物受体PPDIDTT(PA))被用于非富勒烯有机太阳能电池中。四种给受体材料组合（PD/PA，PD/SA，SD/SA和SD/PA）的能量转换效率分别是3.04％，0.28％，2.52％和0.29％。相对于PD/SA和SD/PA薄膜，PD/PA和SD/SA薄膜表现出了相对均匀和连续的形貌，高效的激子解离，高的迁移率和相对平衡的载流子传输。 3、ICBA被用作第三组分加入到PTB7/PC71BM中来制备三元共混有机太阳能电池。ICBA的加入可以增加器件的开路电压，并为激子解离提供更多的路线。含有15％ICBA的三元共混有机太阳能电池的能量转换效率达到8.13％，高于作为对比的PTB7/PC71BM有机太阳能电池(7.23％)。 4、合金受体(PC71BM/ICBA)被用来代替有机太阳能电池中广泛使用的富勒烯受体(PC71BM)。为了验证合金受体的普遍性，五种不同的给体材料被用来与其共混制备有机太阳能电池。相对于基于PC71BM的有机太阳能电池，基于合金受体的有机太阳能电池的能量转换效率都有12-14％的提高，最高能达到10.5％。更为重要的是，所有基于合金受体的有机太阳能电池的稳定性都比基于PC71BM的有机太阳能电池的稳定性要好得多。 5、4，4-二羟基联苯(BPO)作为“分子锁”被加入到含氟聚合物或小分子给体/富勒烯受体的有机太阳能电池中。BPO上的羟基可以和给体材料上的氟原子形成氢键来锁定给体材料的网络。分子锁可以同时提高有机太阳能电池的能量转换效率和稳定性。 6、浓溶液稀释法被开发用于提高有机太阳能电池的能量转换效率。相比于对比器件，使用该方法制备的二元共混的有机太阳能电池，三元共混的有机太阳能电池和全聚合物太阳能电池的能量转换效率最高有37％的提高。 7、相对于通过直接共混制备的器件，层层法制备的器件展示出了更强的吸收，更优化的垂直相分离，更高的空穴和电子迁移率，和更有效的载流子抽取性能。使用层层法制备的有机太阳能电池的能量转化效率达到6.86％，这比直接共混制备的有机太阳能电池的能量转换效率(4.31％)要高得多。 8、直接共混制备的本体异质结(m-BHJ)有机太阳能电池和层层法制备的本体异质结(s-BHJ)有机太阳能电池被系统地比较。s-BHJ有机太阳能电池的能量转换效率达到8.6％，与m-BHJ(8.5％)相似。更为重要的是，s-BHJ有机太阳能电池的稳定性比m-BHJ有机太阳能电池的稳定性要好得多。 9、在大气环境下使用卷对卷的方法制备了基于柔性基底、不使用ITO电极、不使用真空蒸镀的大面积非富勒烯有机太阳能电池，并得到了超过1％的能量转换效率。更为重要的是，在本体系中，基于非富勒烯受体的有机太阳能电池的稳定性比基于富勒烯受体的有机太阳能电池的稳定性要好得多。 10、通过小面积旋涂工艺或者大面积卷对卷工艺制备了全聚合物有机太阳能电池以及聚合物/富勒烯有机太阳能电池。使用卷对卷工艺时，其最佳的DIO含量比使用旋涂工艺时其最佳的DIO含量要多得多。