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聚合物光伏电池具有加工工艺简单、生产成本低、可弯曲、重量轻等优点，是一类新型的薄膜光伏电池，应用潜力巨大。如何提高聚合物光伏电池的能量转换效率和器件的稳定性是目前该领域迫切需要解决的关键问题。聚合物光伏电池的能量转换效率与活性层薄膜的形态结构和器件结构密切相关。本论文主要以PCDTBT∶PC71BM体系为研究对象，系统研究了衬底表面性质、溶剂体系以及溶剂蒸汽处理等对PCDTBT∶PC71BM薄膜形态结构和光伏电池性能的影响，发展出系列调控PCDTBT∶PC71BM薄膜形态结构和改善光伏电池性能的新方法，有效提高了PCDTBT∶PC71BM光伏电池的能量转换效率，对制备其它材料体系聚合物薄膜光伏电池具有一定的借鉴和指导意义。本论文的主要工作如下:
1.改性的PEDOT∶PSS作为阳极界面层对聚合物光伏电池性能的影响。利用阳离子表面活性剂十六烷基溴化胺(CTAB)掺杂PEDOT∶PSS水溶液的方法有效抑制了PEDOT∶PSS成膜后绝缘性PSS在薄膜表面富集，改善了PEDOT与活性层的界面接触。针对P3HT∶PC61BM体系，研究发现CTAB改性的PEDOT∶PSS(CTAB-PEDOT∶PSS)阳极界面层能够诱导P3HT结晶和P3HT∶PC61BM相分离，从而降低P3HT∶PC61BM光伏电池达到最优性能时所需的退火温度和退火时间，在175℃退火8分钟时能量转换效率达到4.45％;CTAB-PEDOT∶PSS作为阳极界面层应用于PCDTBT∶PC71BM光伏电池时，活性层与阳极界面处的接触得到改善，优化了光伏电池的并联电阻和串联电阻，PCDTBT∶PC71BM光伏电池的能量转换效率达到6.4％。
2.混合溶剂对PCDTBT∶PC71BM体系薄膜形态结构和光伏电池性能的影响。利用混合溶剂的方法系统研究了PCDTBT∶PC71BM(1∶4)薄膜形态结构演化和对溶剂性质的依赖性。研究发现PCDTBT∶PC71BM(1∶4)薄膜纳米尺度相分离结构的形成与使用溶剂的溶度参数密切相关。当使用溶剂的溶度参数在19.94(J*cm3)1a至20.48(J*cm3)1/2范围内时，旋涂制备的PCDTBT∶PC71BM(1∶4)薄膜可形成纳米纤维状PCDTBT结构和纳米尺度的PCDTBT∶PC71BM相分离结构，这种结构利于激子的解离和电荷的提取，能够有效提高光伏电池的能量转换效率。同时研究发现溶剂1，2，4-三氯苯/氯仿(TCB/CF,90/10)不但溶度参数合适，而且对PCDTBT∶PC71BM具有良好的溶解能力。我们以TCB/CF作为溶剂制备出活性层厚度达到250nm的PCDTBT∶PC71BM光伏电池，有效提高了光利用率。光伏电池的短路电流Jsc达到13.6mA/cm2，能量转换效率达到6.45％。
3.溶剂蒸汽处理方法改善PCDTBT∶PC71BM光伏电池的性能。文献报道的PCDTBT∶PC71BM(1∶4)体系光伏电池的FF通常在0.6～0.65之间。我们通过CS2蒸汽处理活性层薄膜可以显著提升电池的FF到0.7以上。研究表明适当时间的CS2蒸汽处理有效改善了PCDTBT及PCDTBT∶PC71BM薄膜的纳米尺度互穿网络结构，降低了薄膜内部的陷阱态密度，从而抑制了光生载流子的复合，提高了光伏电池的载流子收集效率和最终光伏电池的性能。但是过长时间的蒸汽处理将导致PCDTBT∶PC71BM薄膜内出现较大的相分离结构，导致光伏电池性能下降。
4.溶剂蒸汽处理对PCDTBT-OR∶PC71BM光伏电池性能的影响。PCDTBT分子主链上引入烷氧基侧链后不但改善了其溶解性。我们通过溶剂蒸汽退火的方法系统研究了PCDTBT-OR∶PC71BM薄膜的形态结构演化和对光伏电池性能的影响。研究发现CS2蒸汽退火处理使PCDTBT-OR发生自聚集形成相分离结构，THF蒸汽退火处理使PC71BM分子自聚集并排斥PCDTBT-OR分子形成相分离结构，并且THF蒸汽退火处理所得PCDTBT-OR∶PC71BM薄膜更适合制备高效率光伏电池。活性层为180nm的PCDTBT-OR∶PC71BM(1∶3)光伏电池经过THF蒸汽退火后能量转换效率从3.26％提高到7.04％。通过蒸汽退火处理后PCDTBT-OR∶PC71BM(1∶3)活性层薄膜内部形成连续性的纳米尺度相分离结构，有效提高了电荷的收集效率，从而提高了光伏电池的能量转换效率。