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近年来，有机太阳能电池因其可溶液法制备、成本低等优势吸引了广泛的关注。特别是高性能给体材料和修饰层材料的合成，使得有机太阳能电池的转化效率突破了10％。但是在器件物理方面的研究仍显滞后，对于影响电池效率的一些关键因素的研究仍然不是很清楚。本论文通过阻抗谱、低温和电容测量等一些测试手段，开展了对有机太阳能电池器件中物理方面的研究。本论文主要的研究工作包括以下四个方面: 1.归纳总结了有机太阳能电池中开路电压和填充因子的科学规律。这两个参数和短路电流一起决定了有机太阳能电池的效率，对于器件物理的研究至关重要。从DOS模型对开路电压进行了分析，认为其主要来源于给受体的能级差，但是有一定的能量损失，这个损失是由材料的无序和载流子的复合造成的;从等效电路模型分析了决定填充因子大小的因素为串联电阻、并联电阻和二极管;最后我们总结并提出了提高器件性能的方法。 2.研究了有机太阳能电池中阴极修饰层的工作机制。我们使用了一种具有极性的分子作为有机太阳能电池的阴极修饰层，使得有机太阳能电池的短路电流、开路电压和填充因子都有所提升。为了研究阴极修饰层的工作机制，我们使用UPS、CV测试和阻抗谱等手段对活性层/修饰层和修饰层/阴极两个界面进行了研究，发现阴极修饰层的工作机制主要有三个方面:抑制活性层的表面缺陷态，保护活性层表面不受损伤，提供偶极矩从而改变界面处的能级结构。 3.通过变温手段研究了有机太阳能电池中开路电压的来源。以三元体系及其相应的二元体系有机太阳能电池为研究对象，利用阻抗谱等方法在低温下测量了有机太阳能电池的光电性能，观察到有机太阳能电池的工作机理类似于肖特基势垒二极管，我们用这个模型对于电池的J-V曲线进行了拟合，发现有机太阳能电池的开路电压来源于活性层和阴极形成的肖特基势垒;势垒的不均匀分布和低温下的电子隧穿效应会影响开路电压的值。 4.研究了P3HT:PCBM和P3HT:ICBA体系有机太阳能电池中缺陷态密度和能量的分布。通过阻抗谱研究了器件在190～300 K范围内的阻抗响应，根据阻抗和电容的关系以及电容和缺陷态的关系，我们求出了器件中缺陷态的分布密度和能量，发现ICBA器件中的缺陷态密度要大于PCBM器件，在光照条件下引起更多的复合，这也解释了ICBA器件中的复合电阻小于PCBM器件的原因。