近些年来,得益于非富勒烯受体（NFA）材料的发展、与之匹配的给体的设计合成以及界面修饰工程的研究,基于NFA的有机太阳能电池（OSCs）受到广泛关注、发展迅速。然而在器件物理的发展方面还比较滞后,对潜在的与自旋相关的光伏物理过程的研究和理解仍然存在不足。因此本论文拟制备出高效稳定的非富勒烯有机太阳能电池（NF-OSCs）,通过结合磁控光电流（MPC）、磁控电致发光（MEL）、电子顺磁共振（EPR）等方法,研究非富勒烯有机太阳能电池中与自旋态相关的光伏过程。本硕士论文第一项工作是基于NFA明星材料ITIC,选择与ITIC具有互补吸收的PBDB-T和PBPD-Th给体材料作为体异质结（BHJ）活性层,制备了ITO（glass）/Zn O/BHJ/Mo O₃/Ag型结构的二元和三元NF-OSCs器件。通过自旋敏感的MPC和MEL的测试表明,ITIC在环境温度下总是表现出负信号磁场效应,这种效应可归因于激子-电荷反应。然而,二元和三元NF-OSCs器件在弱、强磁场下分别检测到了正、负信号,此结果表明自旋相关的极化子对解离和激子-电荷反应在光伏物理过程中共存起着作用。进一步通过光诱导EPR研究,发现MPC正信号线形的半峰宽（FWHM）与有效朗德g因子的大小密切相关。本研究为深入了解NF-OSCs中自旋相关的光伏过程提供了新的思路。该项工作已在《Solar RRL》杂志上以封面文章的形式发表,请参见Fenggui Zhao,et al.Solar RRL 2019,3,1900063了解更多信息。本硕士论文第二项工作是基于PBDB-T-SF:IT-4F BHJ活性层,通过在电子传输层Sn O₂和PBDB-T-SF:IT-4F层之间引入低维MAPb I₃钙钛矿纳米线（Pe NWs）进行界面修饰,设计和制备了ITO（glass）/Sn O₂/Pe NWs/PBDB-T-SF:IT-4F/Mo O₃/Ag型结构的NF-OSCs器件。这种界面修饰对提高NF-OSCs的光伏性能有很好的作用,实验结果表明,NF-OSCs的电子-空穴解离、电荷提取和光吸收能力都有明显提高,器件最终的能量转换效率（PCE）从9.53%提高到10.72%。并用MPC的方法研究了光电流的内在产生。最后,发现即使在20天后,基于Pe NWs界面修饰的NF-OSCs仍具有超过80%的PCE。该工作已被发表在Fenggui Zhao,et al.ACS Applied Materials&Interfaces 2020,12,5120-5127。本硕士论文第三项工作基于制备和优化高效高透光度的半透明NF-OSCs。在本工作中,选择了超窄带隙NFA材料IEICO-4F和给体材料PTB7-Th作为BHJ活性层,采用了ITO（glass）/Zn O/BHJ/Mo O₃/Au/Ag型的器件结构,在工艺优化的基础上制备得到了高效高透光率的半透明NF-OSCs。作为对比,制备了不透明NF-OSCs。在不透明NF-OSCs器件中,最优的PCE为10.75%,其中开路电压V_oc=0.714 V,短路电流密度J_sc=23.63 m A/cm²,填充因子FF=63.8%;而半透明NF-OSCs在拥有26.8%高的平均可见光透过率（AVT）情况下,器件的PCE可以达到8.73%,其中V_oc=0.715 V,J_sc=19.29 m A/cm²,FF=63.3%。此半透明NF-OSCs器件的性能达到了文献报道的相当水平。本论文图36幅,表9个,参考文献178篇。