可再生能源是未来能源供应体系的重要组成部分,也是当下人类急需解决的重大问题之一。太阳能电池作为一种直接将太阳光能源转变成电能的光伏技术,一直倍受全球各界的密切关注。尽管无机太阳能电池由于能量转换效率高（PCE）、工作寿命长等优势占据着目前的光伏产品市场,相对于无机光伏技术,有机太阳能电池（OPV）具有质量轻、柔性好、可溶液加工、制备工艺简单、半透明设计性强等不可取代的优势。因此,有机太阳能电池在过去的30多年间一直备受科研界和产业界的广泛关注。随着新型给受体材料和器件工程等不断进步,目前单结有机太阳能电池的能量转换效率已经稳定提升到12%¹5%。这些突破性的进展让人们越来越多地看到有机太阳能电池这项光伏技术最终能够实际应用的曙光。然而,在实际应用中,光伏产品不仅要求足够高的能量转换效率,更重要的是具有能够长期在光照下进行光电转换的稳定性,作为一项绿色能源技术同时还要求加工工艺的环保绿色属性。本论文就是以此为出发点,以非富勒烯有机太阳能电池为研究对象,开发能够提高这类OPV转换效率的器件优化工程,研究非富勒烯受体材料结构与其OPV器件光照稳定性之间的关系,并探索提高这类OPV光照稳定性的有效可行策略。本论文工作主要分为以下三个部分:在第三章中,我们以聚合物给体PTB7-Th和非富勒烯受体IDT-BT-R为活性层材料,对比正装和倒装结构OPV的器件性能,发现正装结构的器件具有较高PCE。但考虑到倒装结构OPV器件的稳定性通常比正装结构的更好,我们试图探索有效的器件优化工程来提升倒装结构的器件性能。经研究分析,我们发现活性层热退火能够促进活性层给受体分子形成更加良好的相分离共混形貌,同时可以提高IDT-BT-R受体的电子迁移率,从而减少自由载流子的复合损失;使用PFN-ox聚合物阴极修饰材料对ZnO电子传输层进行修饰,能够减少ZnO表面缺陷引起的缺陷辅助电荷复合损失,提高有机太阳能电池的电荷抽取效率。结合这两种器件优化方法,我们成功将基于PTB7-Th:IDT-BT-R体系的非富勒烯有机太阳能电池的PCE从7.39%提升到了9.39%,这在当时文献报道中处于较高的水平。同时,我们研究发现,减少电荷复合损失是降低OPV能量损失、获得高V_OC的主要原因。在新型受体材料蓬勃发展的时代,我们的工作证明了器件优化工程对于提高OPV器件性能也具有不可忽视的重要性。在第四章中,我们以聚合物PTB7-Th为给体、选取当下非富勒烯有机太阳能电池领域比较主流的ITIC、IDIC和EH-IDT三个小分子受体来研究不同化学结构的非富勒烯受体与其OPV器件的光照稳定性之间的关系。在持续光照稳定性测试过程中,我们发现PTB7-Th:ITIC和PTB7-Th:IDIC电池的器件性能都会快速衰减,主要体现在J_SC和FF的减小,其中PTB7-Th:ITIC电池还表现出初期指数衰减特性。研究发现,ITIC、IDIC这两种NFA与PTB7-Th给体材料之间的相互作用参数较大,意味着分子间的相容共混性较差,这导致相应活性层在持续光照过程中发生给受体材料的严重相分离,从而引起器件内部的电荷复合损失和效率衰减。另一方面,EH-IDT受体与PTB7-Th给体的相容性较好（相互作用参数较小）,使得其OPV器件具有良好的光照稳定性。基于PTB7-Th:EH-IDT体系,我们采用绿色溶剂邻二甲苯和二苯醚添加剂加工得到了PCE为9.17%、持续光照下T₈₀寿命超2100 h的OPV器件。在非富勒烯受体领域中,我们创新性地发现非富勒烯受体与给体材料之间的Flory-Huggins相互作用参数是用来衡量基于某一个给受体体系OPV光照稳定性的可靠指标。在第五章,基于我们第二点的研究结论,我们试图通过添加第三组分制备三元共混OPV的策略来提高已知高效率的非富勒烯有机太阳能电池的光照稳定性。以目前已报道的高效率给受体组合——PTB7-Th:IEICO-4F为研究对象,我们测试发现这对给受体材料之间的相容性都比较差,而EH-IDT受体和聚合物给体PTB7-Th的相容性相对较好。因此,我们通过在这个给受体体系中加入20%的EH-IDT受体制备了三元共混OPV后,在几乎没有损失其原来器件效率的基础上成功地将其光照稳定性T₈₀寿命分别提高了三倍和一倍,最终得到了综合性能优异(PCE接近10%、T₈₀寿命超3500 h)的非富勒烯有机太阳能电池,这是目前文献报道的能量转换效率和光照稳定性综合性能较高的非富勒烯有机太阳能电池之一。最后,我们将同样方法应用在另一个高效率体系（PBDB-T-2F:IT-4F）上,所得三元共混电池的T₈₀寿命也提升了一倍。这些成果表明,通过添加相容性更好的第三组分构建三元共混电池是提高非富勒烯有机太阳能电池光照稳定性的有效方法。