随着煤、石油、天然气等这类一次能源的不断消耗,人类逐步意识到发展可持续能源的必要性。太阳能电池作为将光能直接转换为电能的光电转换设备,早在1954年即被科学家所发明,被认为是将光能转变为人类可利用能源的主要候选者之一。以硅作为光活性材料的第一代硅基太阳能电池已经取得超过26%的光电转换效率,并且其稳定性可达20年以上。但是,硅基太阳能电池的缺点也很明显,比如价格高昂、厚重、无法弯曲等,不利于人类的大规模便携使用。虽然第二代薄膜太阳能电池,如碲化镉、铜铟镓硒等太阳能电池解决了厚重的问题,但依然无法进行卷曲,不方便携带。近年来,第三代溶液法加工制备的柔性薄膜太阳能电池成为了人类备受关注的焦点,如聚合物太阳能电池、量子点太阳能电池、杂化太阳能电池以及钙钛矿太阳能电池等,均有着很大发展潜力。同时,随着世界经济的不断增长,人类对于环境和自身健康的重视程度亦不断提升,在欧洲一些国家,明确规定禁止大量喷涂致癌的有毒溶剂,因此,利用水作为溶剂来加工制备太阳能电池具有十分重要意义。本论文力求结合有机聚合物柔性、轻便以及无机纳米晶高迁移率、宽吸收的优点,以水作为清洁环保的溶剂,进行太阳能电池器件的加工制备,主要包括三方面工作:在第二章中,我们首先利用水溶性绝缘体聚合物聚乙烯醇与光活性材料碲化镉纳米晶共混来制备杂化活性层,并构筑了太阳能电池器件。我们对所引入的聚乙烯醇增强电池性能的机理进行了探讨,并将其引入半导体聚合物聚苯撑乙烯:碲化镉杂化太阳能电池体系,同样得到了性能上的提升。此外,我们也尝试了其它水溶性绝缘体聚合物,如壳聚糖、聚乙烯基吡咯烷酮等,分别对其影响器件性能的机理进行了解释。最后,我们归纳总结了对于所选择的绝缘体聚合物的一些性能要求。此工作首次将经典的杂化太阳能电池体系中的半导体聚合物替换为绝缘体聚合物,证实了绝缘体聚合物的可操作性。在第三章中,我们选用半导体聚合物聚苯撑乙烯与碲化镉纳米晶相结合制备了单边体相异质结结构的杂化太阳能电池。我们设计了三种器件结构,通过调节聚合物含量、改变活性层厚度等,对所引入的半导体聚合物以及无机纳米晶在体系中各自的功能进行了机理探讨。在明确聚合物和纳米晶各自的功能后,我们结合两者各自的优势,构筑了单边体相异质结结构的杂化太阳能电池,并获得了5.64%的光电转换效率,此效率为当时水溶液加工制备的杂化太阳能电池中的最佳效率。此外,我们还将所得结论推广至具有近红外贡献的镉汞碲基杂化太阳能电池体系中,同样打破了之前的效率值以及近红外贡献值。在第四章中,我们选用半导体聚合物聚苯撑乙烯与碲化镉纳米晶以及锐钛矿二氧化钛纳米晶相结合制备了双边体相异质结结构的杂化太阳能电池。在第三章工作的基础上,我们进一步构筑了新的体相异质结,在电池中引入了两个体相异质结薄膜,器件的载流子提取效率、量子效率、耗尽层宽度以及载流子寿命等均有了明显提升。我们所检测的器件光电转换效率达到了6.01%,首次将水溶液加工制备的太阳能电池效率突破至6%,为目前所报道的最高值。此外,我们将二氧化钛替换为氧化锌,获得了6.5%的光电转换效率,器件的性能进一步得到提升,也充分表明了双边体相异质结结构的优越性。综上所述,我们以水、聚合物以及纳米晶为基准,成功得到了清洁环保的太阳能电池器件。聚合物的引入确保了器件的柔性,纳米晶的存在保证了器件的光电转换效率,以水作为溶剂,为未来工业化大面积生产提供了前提保证。本论文不仅在基础研究方面获得了一些成果,同时为实现未来工业化生产打下了良好基础。