聚合物太阳能电池具有易于面积集成、可制作在柔性基底上、器件制作工艺简单、成本低廉、还可以调整电子带隙、生产过程无污染等优势,成为当今的研究热点之一。Science最新报道,实验室的世界最高效率已经达到9.2%,相比实验研究取得的巨大成就,人们对利用有机太阳能电池工作的物理机理来编制仿真软件,仿真出最佳理论值这方面明显不足,这制约了有机太阳能电池性能的提高。本论文针对聚合物太阳能电池的机理编制出一套仿真软件系统,并在此基础上进行了优化器件结构的实验研究,旨在提高器件光电转换效率。基于此,本论文做了如下工作:第一,以聚合物太阳能电池为模型,进行理论分析、模拟研究。对聚合物太阳能电池光电转换过程:光吸收产生激子、激子分离形成载流子、载流子传输和收集,进行软件模拟分析。利用VC++软件编制出一套仿真软件系统,同时采用了太阳能电池的等效电路,模拟聚合物太阳能电池的输出特性。本论文对激子的产生、载流子的传输、理论模型的建立、仿真的方法和仿真软件界面,都做了详细的阐述。同时,对仿真值与实验结果做了对比,实验值:开路电压(Voc) 0.66V,短路电流(Jsc) 5.72mA/cm2,填充因子(FF) 0.36以及光电转换效率(ηp) 1.86%;仿真值:开路电压(Voc) 0.75V,短路电流(Jsc) 9.82mA/cm2,填充因子(FF) 0.45以及光电转换效率(ηp) 3.26%。由于软件系统中参数设置理想化等因素是产生的差别的原因。由于有机材料的价格比较昂贵,我开发的有机太阳能电池仿真软件系统能够起到节约成本,指导太阳能电池研究工作起到积极作用,同时能在太阳电池新品种、新工艺研究中发挥作用。第二,基于仿真软件系统生成的仿真值,分别对提高激子的产生率、传输率和离解率,降低激子的复合率进行实验研究,并取得了良好的效果,提高了器件效率。(1)给体/受体材料混合比例为1:4时效率最高,光电转换效率(ηp) 1.87%,合适的比例会直接影响成膜的表面形貌,改变给体相和受体相的分离状况,从而影响电池的开路电压和短路电流;(2)氯苯和氯仿的共溶剂时效率最高,光电转换效率(ηp) 1.98%,得到不同的薄膜表面微相结构状态;(3)热处理温度为110℃效率最高,光电转换效率(ηp) 1.77%,可以形成良好导电网络,有利于电荷的传输,增大器件的短路电流,提高填充因子;(4)用Bphen做缓冲层厚度是10 nm时效率最高,光电转换效率(ηp) 1.68%,减少电子/空穴复合率,可提高器件的开路电压和短路电流。