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有机太阳能电池（OSCs）作为一种能够将清洁能源的太阳能转换成电能的新型装置,凭借其低廉价格、重量轻、卷对卷、印刷制造等优点而备受人们的关注。到目前为止,单结OSCs的光电转换效率（photovoltaic conversion efficiency,PCE）已超过19%。尽管各种新兴有机光敏材料的探索已经得到了显著的发展,但依然有一些关键的瓶颈需要解决。在活性层方面,有机材料的电荷输运性差、激子寿命短、形貌控制难等因素,限制了其器件性能及稳定性的进一步提升。在传输层方面,金属氧化物（ZnO和MoO3等）主要依赖于高温退火处理或真空处理,而PEDOT:PSS则具有的吸湿性和酸性也极大地影响了器件的性能和稳定性,这些因素也会限制OSCs的商业化。二维（two-dimensional,2D）材料具有优异的光电性能、力学性能、物理性能,以及独特的形貌和结构,是提高OSCs性能的理想材料。更重要的是,2D材料可以通过溶液处理技术进行大规模制备。因此,在活性层中引入2D层状材料也是一种提高载流子迁移率、改善活性层形貌和提升器件稳定性的有效方法。此外,可以用2D材料对界面层进行掺杂或取代,以提高其稳定性和导电性,从而改善器件性能及稳定性。如今,随着柔性透明、三元OSCs的快速发展,2D层状材料必将拥有更多的应用空间。因此,对这一热点领域进行研究具有重要的意义。为此,我们重点研究了几种2D材料在OSCs的活性层以及界面层的应用,主要的研究内容包括如下六部分:第一,我们将2D Bi2O2S纳米片引入到PTB7:PC71BM富勒烯体系活性层中,以增强器件的光捕获和载流子迁移能力。掺入1 wt%2D Bi2O2S纳米片的三元OSCs器件获得10.71%的最高PCE,比二元器件（8.79%）提高了21.8%。将2D Bi2O2S纳米片引入到PTB7:PC71BM系统中,可以增强光的吸收,增强PTB7的结晶度,优化光活性层的表面形貌,从而实现更高效的光子捕获、激子解离和载流子传输效率。此外,2D Bi2O2S纳米片的引入还可以有效地提高OSCs的器件稳定性。第二,我们将2D Bi2OS2纳米片加入到PBDB-T:ITIC非富勒烯体系活性层中,以此来优化活性层的相分离以及结晶度。2D Bi2OS2纳米片的加入增强了载流子迁移率、提高了激子解离、降低了电荷复合。添加1 wt%Bi2OS2的三元OSCs的PCE（12.31%）比二元器件（10.51%）提高了17%。此外,2D Bi2OS2纳米片的加入也可以改善了器件的稳定性。第三,我们将载流子迁移率更高的2D Bi2O2Se纳米片加入到PBDB-T:ITIC和PM6:Y6非富勒烯体系活性层中,以此来改善器件的载流子迁移率,并详细研究了其对器件稳定性的影响机理。将2D Bi2O2Se纳米片引入到活性层,不仅提供了新的给体/受体界面和有效的电荷转移路径,还诱导活性层结晶并形成连续互穿网络结构,这促进了活性层中激子的分离和电荷转移。因此,在PBDB-T:ITIC为活性层的器件中,PCE从二元器件（0 wt%）的10.09%增加到三元器件（2 wt%）的12.22%。同时,在PM6:Y6为活性层体系的器件中,PCE也从二元器件的14.59%提高到最优三元器件（2wt%）的16.28%。此外,优化后的三元装置通过抑制两相的混合表现出良好的空气稳定性。第四,我们利用碱处理和退火处理来调节Nb2CTx的表面官能团,进而来调控其功函数（WF）。KOH处理后-F基团被-OH取代,WF由-4.62 e V(Nb2CO1.2OH0.6F0.2)降到到-4.32 e V(Nb2CO1.2OH0.8)。退火后,-OH转化为-O,WF增加到-5.03 e V(Nb2CO1.36OH0.2)。这些Nb2CTx首次作为电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL）应用到基于PM6:Y6的OSCs,并获得了15.22%（ETL）和15.03%（HTL）的优异PCE。同时,基于PM6:BTP-e C9:PC71BM的OSCs也实现了17.64%（ETL）和17.51%（HTL）的PCE。这与传统电荷传输层器件的PCE相媲美。第五,我们通过氧等离子体（Plasma）处理在HfX2（X=S,Se）表面形成HfO2,来钝化了HfX2（X=S,Se）表面缺陷,从而提高了薄膜的电导率。此外,HfO2在HfX2（X=S,Se）界面处还会诱导形成界面偶极子,并起到p型掺杂的作用,导致HfX2（X=S,Se）的WF增加。当采用HfX2/HfO2（X=S,Se）薄膜作为HTL时,基于PM6:BTP-e C9:PC71BM的OSCs的PCE分别为17.76%（HfS2/HfO2）和17.83%（HfSe2/HfO2）,优于基于PEDOT:PSS为HTL的OSCs。此外,以HfX2/HfO2（X=S,Se）为HTL的OSCs比以PEDOT:PSS为HTL的OSCs具有更有的器件稳定性。第六,我们利用氨基酸修饰Ti3C2Tx来调控其WF以及钝化其表面缺陷空位,以此改善Ti3C2Tx的电学性能。一方面,氨基酸的-NH2在Ti3C2Tx表面会发生电荷转移以及形成界面偶极子,从而导致Ti3C2Tx的下降。此外,氨基酸带正电的-NH2会钝化Ti3C2Tx带负电的Ti空位,而氨基酸带负电的-COOH钝化Ti3C2Tx带正电的C空位,从而导致Ti3C2Tx电导率的提升。最终,以PM6:BTP-e C9为活性层,基于Ti3C2Tx/Gly、Ti3C2Tx/D-Ala、Ti3C2Tx/L-Cys、Ti3C2Tx/L-Lys、Ti3C2Tx/L-Arg的器件分别实现了17.09%、17.07%、17.03%、17.16%和17.00%的PCE,媲美于ZnO基器件的17.18%。