聚合物太阳能电池（PSCs）由于其重量轻,材料来源广泛,可全溶液加工,制作工艺简单并且可以制成柔性的大面积器件等优点,吸引了越来越多研究者的关注。目前,单节PSCs的能量转换效率（PCE）已经达到了13%并且具有良好的环境稳定性。为了提高器件的性能,许多研究者在新材料合成,器件结构优化,活性层形貌调控以及界面修饰等方面做了大量工作。在界面修饰方面,主要是通过在活性层与电极之间引入界面层来改善活性层与电极之间的界面接触,增加电荷的抽取效率。虽然我们已经在PSCs的阴极界面修饰方面已经做了很多工作,但对于阴极/阴极界面层/活性层这样一个复杂界面在电子结构及化学结构的认识还不是特别清晰。紫外光电子能谱（UPS）和X射线光电子能谱（XPS）技术已经被证实是研究有机半导体界面能级排列及界面化学的重要表征手段。因此本论文除了使用阴极界面材料金属酞菁衍生物和喹吖啶酮衍生物提升PSCs器件性能以外,还利用UPS/XPS对PSCs中界面电子结构和化学结构进行了系统的研究,主要内容如下:1.绪论部分综述了PSCs的发展历程、工作机理,器件结构与性能表征及光伏材料的发展等。2.第二章主要介绍了光电子能谱学,UPS/XPS技术及仪器设备等。3.第三章研究了三种具有不同金属核的金属酞菁衍生物（MPcXs）(ZnPc(OC₈H₁₇OPyCH₃I)₈,VOPc(OC₈H₁₇OPyCH₃I)₈,TiOPc(OC₈H₁₇OPyCH₃I)₈)作为阴极界面修饰层（CIL）对器件性能的影响。我们用三种材料分别作为CIL,PTB7:PC₇₁BM为活性层制备了PSCs。在银为阴极的PSCs中,PCE达到了8.1%。铝为阴极时,PCE达到了8.2%。此外我们发现无论是银还是铝作为阴极,含有这三种材料的PSCs呈现了相同的器件性能。这表明MPcXs中的中心金属核对器件性能的影响微乎其微。UPS测试结果表明,这三种材料不仅降低了金属阴极的功函数而且减小了电子从PC₇₁BM到阴极的抽出势垒。XPS实验结果表明,在PTB7:PC₇₁BM和金属电极之间加入界面层可以避免在热沉积过程中金属Ag或Al对活性层的破坏。4.第四章研究了阴极界面材料喹吖啶酮衍生物DCNQA-PyBr和QA-PyBr在PScs中的应用及作用机理。在PTB7:PC₇₁BM为活性层,Al为阴极,DCNQA-PyBr为CIL的正式PSCs中,PCE达到了8.25%。并且当DCNQA-PyBr的厚度为30 nm时器件依然具有较高的效率（7.31%）。而QA-PyBr为CIL时,PCE随着QA-PyBr厚度的增加快速下降。这说明在器件中DCNQA-PyBr膜比QA-PyBr膜具有更高的导电性。UPS研究发现DCNQA-PyBr和Al之间有较强的电荷转移态,即Al对DCNQA-PyBr进行了N型掺杂。电子顺磁共振（EPR）测试表明DCNQA-PyBr薄膜本身具有自掺杂特性,而QA-PyBr膜则没有。在PTB7:PC₇₁BM为活性层,ITO为阴极的反式PSCs中,DCNQA-PyBr和QA-PyBr作为CIL的器件效率分别达到了5.26%和4.73%。UPS测试表明,DCNQA-PyBr和QA-PyBr不仅降低了ITO的功函数而且也减小了电子从PC₇₁BM到阴极的抽出势垒。这说明DCNQA-PyBr在正、反式器件中均是一个好的CIL。