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聚合物太阳能电池具有制备过程简单、成本低、重量轻、可制成柔性器件等突出优点，引起了人们的广泛关注。但是相对于无机太阳能电池来说，聚合物薄膜太阳能电池由于存在着共轭聚合物材料电荷迁移率比较低、吸收与太阳光谱不匹配等缺点，导致目前聚合物薄膜太阳能电池的能量转换效率还较低。立构规整的聚3-已基噻吩(P3HT)具有高的电荷迁移率和合适的禁带宽度，同时具有良好的自组装特性，是一种优良的聚合物薄膜太阳能电池电子给体材料。以P3HT为电子给体材料、富勒烯C60的衍生物[6，6]-苯基-C61-丁酸甲脂(PCBM)为电子受体材料组成的体异质结结构是目前倍受关注和较为成功的材料组合。本论文以P3HT：PCBM体系聚合物体异质结太阳能电池为研究对象，系统研究了P3HT：PCBM共混薄膜的形态结构以及电极界面对聚合物薄膜太阳能电池光伏性能的影响。主要成果及创新点如下：
1.研究了热退火处理对P3HT：PCBM活性层薄膜形态结构和电池光伏性能的影响。研究发现热退火处理能有效改善P3HT的结晶性能，同时使P3HT和PCBM发生去混合作用形成纳米尺度的相分离，改善了电荷的传输和收集效率。研究发现，对于具有不同活性层薄膜厚度的光伏电池器件，相应的退火条件也各不相同，一般来说，活性层薄膜较厚的器件，需要更高的退火温度或者更长的退火时间来达到最佳的器件性能。
2.系统研究了有机溶剂蒸气处理对P3HT：PCBM活性层薄膜形态结构和电池光伏性能的影响。研究发现良溶剂蒸汽处理能够诱导P3HT发生自组装，排列有序性提高，从而有效改善了活性层薄膜吸光性能和空穴传输性能。同热退火处理相比，溶剂蒸气处理更能使P3HT发生自组装形成更加有序的结构，从而改善空穴迁移率。而热退火处理更能使得PCBM发生扩散和聚集，从而形成有效的电子传输路径。结合溶剂蒸气处理和热退火处理可形成利于电子和空穴传输的互穿路径，提高电荷收集效率，光伏性能明显高于单纯热退火和单纯溶剂蒸气处理的光伏电池的性能。
3.利用添加不良溶剂丙酮的方法在P3HT在氯苯溶液中聚集形成纤维状P3HT纳米晶，研究了P3HT纳米纤维晶对P3HT：PCBM体系聚合物体异质结太阳能电池光伏性能的影响。研究发现P3HT纳米纤维晶形成的相互连接的网络能够有效改善空穴传输性能；在P3HT：PCBM活性层薄膜中随着P3HT纳米纤维晶含量的增加薄膜的吸收和空穴传输性质明显改善。少量的P3HT纳米纤维晶一方面可使P3HT和PCBM发生去混合作用形成微相分离，同时P3HT纳米纤维晶构筑的网络结构改善了空穴传输，从而可以提高电池的电荷收集效率；但是过多的P3HT纤维晶会抑制PCBM发生去混合从而形成电子陷阱，降低了电荷收集效率。
4.在P3HT：PCBM活性层和金属阴极之间引入了不同的界面层，研究了界面性质对光伏电池开路电压和电荷收集效率的影响。研究发现超薄CaO界面层的引入可有效抑制由金属电极Al到PCBM电子转移，从而降低在电极界面处的能量损失，可使电池的开路电压提高到0.78V。针对蒸镀金属阴极时金属原子扩散造成的激子淬灭从而影响电荷收集效率的问题，将醇溶性含磷酸酯聚芴做为阴极界面层应用到聚合物薄膜电池中，一定厚度的含磷酸酯聚芴界面层不但可以有效阻挡蒸镀金属阴极过程中金属原子向P3HT：PCBM活性层的扩散，从而降低光生载流子复合，而且由于磷酸酯聚芴和金属铝的特殊相互作用降低了界面电阻，电荷收集效率得到明显改善，光伏电池在100mW/cm2白光辐照下能量转换效率达到4.33％。