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由共轭聚合物作为电子给体(D)和无机纳米半导体作为电子受体(A)组成的体异质结杂化太阳电池近年来受到很多关注。使用竖直排列的纳米阵列代替无序共混的纳米颗粒作为电子受体为高效电池的构筑提供了一种理想的结构。金属氧化物纳米阵列(如ZnO或TiO2阵列)由于无毒，高电子迁移率，和热稳定性等优点常被用作受体来构筑体异质结杂化聚合物太阳电池。然而，这类电池的转换效率(η)仍然不高(通常，η＜0.6％)。本论文以聚合物/金属氧化物一维纳米阵列化电池为研究对象，通过实验和理论研究相结合，系统研究了电池结构相关的性能和电荷输运过程，并探索提高电池效率的方法。主要工作涉及以下几个方面: (1)器件布局(ITO电极和活性层的大小)和活性层光照面积(ILA)对聚(2-甲氧基-5-(2乙基己氧基)-1，4-对苯乙炔)(MEH-PPV)和ZnO纳米阵列杂化太阳电池性能的影响进行了系统的稳态和动态研究。发现电池的光电转换和电荷传输动力学性能与电池器件布局和光照面积大小息息相关;同时，我们揭示了与器件布局和光照面积相关的器件性能的变化规律和特点，为电池结构的设计和精确表征提供了指导。 (2)针对纳米阵列杂化太阳电池的结构和电荷输运特点，首次建立了能综合性地定量描述电荷输运动力学行为的二维电荷输运理论模型。基于模型的理论计算，揭示了电池中电子的两种传输过程((τ)D和τD2);理论模型和强度调制光电流谱(IMPS)实验相结合，获得了聚合物/ZnO-NA电池中的激子扩散效应((φ)n)、D/A界面激子平均分离速率(S)、电子扩散系数(De)等电荷输运动力学参数和电池结构理想因子(N)，揭示了激子扩散与材料结构之间的相关性。理论和实验结果表明，阵列电池的优化结构为纳米棒长约为500 nm及棒间距为5-10 nm左右。这一结果为研究体型电池的电荷输运动力学特点和结构与性能的优化提供了一种动态光电化学表征方法。 (3)氧化物纳米阵列杂化太阳电池的开路电压(Voc)(通常，0.1-0.5 V)低，已成为影响电池能量转换效率(通常，0.1-0.6％)的重要因素。首次建立了一种同质核壳结构来提高电池Voc的方法，并揭示了电压提高的原理。通过水热-溶剂热方法的联合，在氧化物纳米阵列上进行原位同质量子点的生长，合成了ZnO和TiO2同质核壳纳米阵列，通过量子点生长时间实现了壳层厚度(L)和电池性能的调控;核壳阵列的使用，将电池的Voc提高至0.7-0.8 V，效率达到0.6-1.3％。基于稳态和动态测试，结合空间电荷限制电流模型对实验数据的拟合，发现核壳结构电池中Voc主要取决于聚合物最高分子已占有轨道未能级和纳米棒核导带之间的能级差，并与电子和空穴之间的准费米能级之差息息相关。量子点壳层的存在减小了光生电子和空穴之间的迁移率差别，使聚合物和纳米棒核之间形成偶极层，导致核的真空能级位置相对聚合物真空能级上移，进而使核中的电子和聚合物中的空穴之间的准费米能级差值增大，从而提高Voc。该结果也为获得具有较高Voc的氧化物阵列电池提供了一种新方法和原理。 (4)在杂化电池中，有机无机界面之间的相容性差是影响电池性能的一个重要因素。在同质核壳结构构筑的基础上，通过进一步双亲有机小分子对氧化物核壳阵列进行修饰，从而达到了有机-无机共改性该类电池D/A界面的效果;实验结果发现有机修饰在显著提高的电流Jscc时会使Voc有部分减少。研究结果揭示了，Jsc的提高主要是有机修改改善了有机和无机界面的相容性和电荷分离效率，而Voc的减少主要是由于有机偶极分子对壳层中偶极作用相反所致。