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聚合物半导体材料具有成本低廉、制备简单、产品面积大等优势和特点，可应用于有机电致发光显示、太阳能电池及薄膜晶体管等器件的开发。本论文研究目的是深入理解聚合物光伏材料和器件中电荷产生、传输和离解的物理机理，为高效聚合物光伏器件的研制提供物理学指导。论文以聚合物光伏材料和器件的光物理学过程和光电子学特性研究为主线，基于稳态和瞬态光谱学，开展了四个方面的创新性研究工作: (1)聚合物混合薄膜的电荷转移激发态形成机制研究。该研究分别以全聚合物材料poly-9,9-dioctylfluorene-co-bis-N,N-(4-butylphenyl)-bis-N,N-phenyl-1,4-phenylenediamine(PFB)∶poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole)(F8BT)混合薄膜和poly(9,9-din-hexylfluore nyl-2,7-diyl)(PFO)∶N,N-bis(1-ethylpropyl)-3,4,9，10-perylenebis(dicarboximide)(EPPTC)分子H型聚集态混合薄膜为研究对象，采用选择性激发的研究手段，以电荷转移激发态在混合薄膜中荧光及其动态过程的变化为切入点，研究体系的电荷转移激发态的生成规律。通过PFB∶F8BT混合薄膜的研究，我们提出了电荷转移激发态生成通道的分子轨道模型;通过EPPTC∶PFO混合薄膜的研究，确定了电荷转移激发态的形成机制和空间位置，给出了混合薄膜的激发态能级结构，及其中电荷转移激发态的能量位置。 (2)聚合物混合薄膜光伏器件性能影响机制研究。我们采用改变混合薄膜制备条件（制备溶剂，材料配比，热退火温度）的研究方法，结合样品的微观结构和荧光特性，研究PFB∶F8BT混合薄膜器件性能的变化规律。通过该研究，我们提出了混合薄膜中电荷产生、分离、传输过程与相分离机制和电荷输运机制的对应关系。 (3)等离子激元对聚合物混合薄膜及分子的相互作用研究。采用化学旋涂法制备金纳米结构。首先，选择高效的全聚合物材料体系poly(9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl)-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl)(PCDTBT)和富勒烯的派生物[6，6]-phenyl-C70-butyric acid methyl ester(PC70BM)为研究对象，在其原有的混合薄膜异质结的基础上引入金纳米结构，研究粒子等离子共振对混合薄膜光物理过程的影响。我们观察到了混合薄膜延迟荧光的重要变化和光致吸收光谱的红移，从实验上证明了等离子激元对混合薄膜电荷产生、分离等过程的调制作用。然后，我们在金属纳米结构基础上制备了金纳米光栅结构，用于生物分子浓度传感器。通过对不同浓度葡萄糖水溶液的探测，验证了溶液折射率每变化一个单位，传感器光谱学响应信号变化13个单位。传感器可以精确分辨葡萄糖溶液浓度1％的变化。 (4)基于结晶态的混合薄膜微观结构对其光物理过程的作用研究。我们通过采用添加剂的方法，实现了交插和非交插两种完全不同的分子微观结构的poly(2,5-bis(3-tetradecyllthiophen-2-yl)thieno[3,2,-b]thiophene)(pBTTT)∶[6,6]-pheny1-C60-butyric acid methyl ester(PC60BM)混合薄膜，并以一系列的准稳态光致吸收光谱为研究方法，研究这两种微观结构混合薄膜的电荷产生和分离过程。我们提出交插混合薄膜中产生了局域的极化子，非交插的结构产生了非局域的极化子。并通过态密度理论模型的建立，计算出了它们分别的产生和复合速率。