目前,有机器件的功能层一般采用不同组分构成的异质结构。特别是有机太阳能电池（Organic solar cells,OSCs）,其光伏层设计包括:给体/受体（Donor/Acceptor,D/A）二元体异质结、双给体/受体（D1/D2/A）或给体/双受体（D/A1/A2）三元体异质结等。这些异质结体系内,D/A界面在OSCs的光伏过程中发挥了核心作用,特别是电荷及能量转移的协同和竞争效应。通过D/A界面电荷转移,给体或受体内光激发产生的激发态可以实现解离,从而进一步实现长程电荷分离,产生自由载流子;D/A界面能量转移一方面可以有效拓宽光吸收范围,另一方面则丰富了电荷产生的路径。在基于非富勒烯受体的OSCs中,由于它的能隙一般小于聚合物给体,聚合物给体内光激发产生的激发态首先可以通过D/A界面能量转移传输至受体。最近的研究表明非富勒烯受体激发态表现为分子内和分子间的电荷转移（Charge transfer,CT）态,这有效地降低了其解离对D/A界面空穴转移能阶的依赖性,从而为提高器件光伏性能提供了机遇。另外,D/A界面能量和电荷转移的协同效应会形成激子和界面CT态的杂化态,而通过调节激子和界面CT态的杂化可以有效提高电荷的产生效率和抑制电荷非辐射复合。可见,调控D/A界面能量和电荷转移的动力学过程对提高OSCs的光伏性能具有重要意义。实验上,由于技术限制,难以阐明D/A界面能量及电荷转移的微观动力学过程,特别是能量和电荷转移效率的定量表征。基于此,本文针对有机D/A体系的特征,建立了普适的量子模型,阐明了不同有机D/A界面能量和电荷转移的微观动力学过程,揭示了调控界面能量和电荷转移协同效应的手段,澄清了它们之间的定量关联,为进一步提升器件光伏性能提供了理论基础。以下是研究内容和结果:1.基于匀质电子结构的小分子受体二元体系内界面能量和电荷转移动力学对于D/A二元体异质结体系,由于有机分子的柔性,其界面一般非常复杂。特别是,在实际体系内,小分子受体由于尺度相对较小,易于聚集或结晶。实验发现有机D/A界面的界面结构（包括电子结构和空间结构）和小分子受体的聚集效应都会显著影响有机D/A界面电荷动力学的过程。然而,目前有机D/A界面的界面结构和小分子受体聚集对界面能量和电荷转移动力学的定量调控及机制尚不清楚。基于此,本文首先基于匀质电子结构的小分子受体构成的二元体系建立物理模型,研究了界面结构及小分子受体的聚集效应对界面能量和电荷转移动力学的影响。结果表明,D/A界面的电子与空穴转移能阶的差值决定了界面能量与电荷转移动力学的竞争,而且无论在能量转移还是电荷转移主导的界面过程中,都存在最优的界面空间结构,使其转移效率达到最大值。一般情况下,受体分子的聚集可以促进能量转移而抑制电荷转移。这意味着,受体分子的聚集可以有效地将给体激发态转化为受体激发态。这些发现为通过利用界面能量和电荷转移的协同效应改善器件光电性能提供了有效的调控策略。2.基于非匀质电子结构的小分子受体二元体系内界面能量和电荷转移动力学不同于匀质电子结构的有机小分子受体,具有推拉（Push-pull）电子结构的小分子受体目前备受关注,其中心基团具有给电子能力,而端基具有吸电子能力。一般地,通过中心基团修饰和端基调控可以调节电子推拉能力。另外,由于它具有各向异性的几何构型,可以形成H-聚集和J-聚集等多种聚集结构。因此,基于非匀质电子结构的小分子受体的D/A体系界面能量及电荷转移动力学与以往基于匀质电子结构的小分子受体的D/A体系相比有所不同。基于此,本文进一步针对非匀质电子结构的小分子受体的二元体系建立物理模型,研究了受体分子的电子推拉能力和聚集结构对界面能量和电荷转移动力学的影响。结果发现,界面能量和电荷转移的协同效应形成了由给体激子、受体激子和界面CT态组成的界面杂化态,并且进一步给出了各组分态的生成效率与受体分子电子推拉能力的定量关联,这为实验上有效调控激子和界面CT态的杂化提供了理论依据。另外,发现增强受体分子中间基团的给电子能力,界面能量和电荷转移之间的竞争是非单调的;增强受体分子端基的吸电子能力,电荷转移被促进而能量转移被抑制;增强受体分子间H-聚集,能量转移被促进而电荷转移被抑制;增强受体分子间A-to-A型J-聚集,电荷转移被促进而能量转移被抑制。这为通过优化受体分子的电子结构和聚集结构调控D/A界面能量和电荷转移的协同效应,进而提高器件性能提供了理论依据。3.三元体系内界面电荷转移态特性在二元OSCs的光伏层中加入第三组分,通过互补吸收可以拓展光伏层的光吸收范围,提高器件性能。但是,第三组分的加入同时使光伏层的能级结构、相分布等更为复杂,如何优化三种组分构成的界面能级结构及第三组分在主D/A体系的空间分布,进而实现高效的电荷转移和分离是需要进一步澄清的问题。基于此,本文构建了三元体系级联型的界面电子结构,从静态角度研究了第三组分电子结构和空间结构对界面电荷转移态特性的影响。结果表明,通过调控第三组分的电子结构和空间结构都可以调节转移电荷在各组分的分布,并且可以改变第三组分在电荷转移中的作用（充当给体或受体）;另外,发现通过优化第三组分的电子结构及第三组分在主给/受体之间的空间位置可以促进有效的电荷分离和抑制界面电荷复合。这些结果为通过优化第三组分的电子结构和空间结构来调控三元体系界面电荷转移及分离提供了明确方向,同时也为下一步研究三元体系界面能量及电荷转移动力学奠定了基础。