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聚合物太阳能电池是一种基于有机光活性材料的光伏器件,因具有制备工艺简单、成本低、重量轻且可大规模制备成柔性器件等优点而备受青睐。石墨相氮化碳因其特殊的电子能带结构以及良好的物理化学稳定性等特点,在光催化领域已经得到了广泛的应用,而在聚合物太阳能电池中却鲜有报道。本论文以探索石墨相氮化碳（g-C3N4）在聚合物太阳能电池中的应用以及提升其光催化性能为出发点,集中于对g-C3N4进行简单的功能化以拓展其应用,主要开展了以下四个方面的工作:（1）为提高g-C3N4在邻二氯苯溶剂中的分散性,我们首先通过溶剂热法制备了可溶液加工的C3N4量子点,然后将其掺杂到P3HT:PC61BM,PBDTTT-C:PC71BM和PTB7-Th:PC71BM三种不同光活性层体系中。所获得的反型体相异质结聚合物太阳能电池的能量转换效率分别达到了 4.23%,6.36%和9.18%,相对于未掺杂的参比电池器件分别提升了约17.5%,11.6%和11.8%,这一提升主要来源于短路电流（Jsc）的提升。通过对C3N4量子点掺杂前后活性层薄膜的表面形貌,光吸收和光致发光性质以及电池器件的电荷传输性质等一系列表征,表明C3N4量子点的掺杂改善了光活性层的形貌以及电荷在活性层及界面的分离和传输,从而提升了电池器件的性能。（2）为拓展g-C3N4在聚合物太阳能电池中的应用,我们通过改变溶剂热法所使用的溶剂,制备出了极性溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中分散性较好的C3N4量子点,然后将其旋涂在ZnO薄膜上用于修饰ZnO电子传输层,在此基础上制备的基于 PBDTTT-C:PC71BM,PTB7:PC71BM 和 PTB7-Th:PC71BM 三种不同光活性层体系的反型体相异质结聚合物太阳能电池的能量转换效率分别达到了7.03%,8.47%和9.29%,与基于未修饰的ZnO参比电池器件相比分别提升了约20.0%,12.2%和11.1%。电池器件的提升主要来源于短路电流（Jsc）的提高,这是由于C3N4量子点修饰ZnO后改善了 ZnO电子传输层的形貌,并降低了 ZnO的功函数,这有利于电子在光活性层和ZnO电子传输层界面的收集和传输。（3）作为与g-C3N4结构非常类似的另一类热门的二维材料,石墨烯已在聚合物太阳能电池中得到了广泛的应用,主要集中于将其应用于聚合物太阳能电池的空穴传输层。为替代正型体相异质结聚合物太阳能电池中常用的酸性PEDOT:PSS空穴传输层,我们发展了一种简单的修饰氧化石墨烯提高其空穴传输能力并应用于正型体相异质结聚合物太阳能电池的方法。我们首先在氧化石墨烯薄膜上旋涂了一层磷化物,发现磷元素修饰后的氧化石墨烯（P-GO）可以有效地替代PEDOT:PSS空穴传输层。以P-GO作为新型空穴传输层,基于三种不同的光活性层体系 PTB7:PC71BM,PBDTTT-C:PC71BM 和 P3HT:PC61BM 的正型体相异质结聚合物太阳能电池的能量转换效率分别达到7.85%,6.56%和3.75%,与相应的基于PEDOT:PSS空穴传输层的电池器件的效率相当。原子力显微镜和水接触角测试表明磷修饰有利于光活性层与GO空穴传输层的界面接触。紫外光电子能谱,X射线光电子能谱以及拉曼光谱揭示了磷修饰可以实现p型掺杂,从而增加了氧化石墨烯的功函数,使其与活性层形成了更好的欧姆接触。这两方面性能的改善使得电池器件的开路电压和填充因子相比于以未修饰的GO作为的空穴传输层器件得到了明显的提升,进而提高电池器件的能量转换效率。（4）由于石墨相氮化碳（g-C3N4）的带隙较宽以及层间接触电阻较大等原因,其可见光催化活性十分有限。为提高g-C3N4的电荷分离效率和导电性,我们发展了一种简单的利用富勒烯C60共价修饰g-C3N4的方法。我们首先采用高能球磨法成功合成了 g-C3N4与C60共价连接的g-C3N4/C60杂化材料。通过一系列光谱表征,证实了 g-C3N4/C60杂化结构的形成,并提出了一种可能的g-C3N4/C60杂化材料的构型,即通过四元碳氮杂环将富勒烯C60连接到g-C3N4的边缘。然后将g-C3N4/C60杂化材料应用于可见光（λ>420 nm）下分解水产生氢气,在没有使用包括Pt在内的任何贵金属助催化剂的条件下,我们获得了 266 μmol·h-1g-1的产氢速率,相比于未修饰的g-C3N4（67μmol·h-1g-1）提高了大约4倍。通过C60共价修饰提高g-C3N4的光催化活性的原因是C60共价连接降低了 g-C3N4的导带,有利于电子从光敏剂转移到g-C3N4上,同时光生电子从g-C3N4到C60的快速转移有效地阻止了光生电子-空穴对的复合。