有机太阳能电池，作为第三代太阳能电池的代表已经获得了越来越广泛的关注，它具有成本低、厚度薄、质量轻、制造工艺简单、可做成大面积柔性器件等优点，具有广阔的发展和应用前景，已成为当今新材料和新能源领域最富活力和生机的研究前沿之一。目前，国家纳米中心丁黎明课题组的单节聚合物太阳能电池的效率已突破14.69％，有机太阳能电池均采用金属/半导体/金属三明治夹层结构，因此金属/半导体界面调控作为改善有机太阳能电池性能的基本手段之一已成为提高光电器件效率的一个共性问题。本论文围绕着包括零维量子点(QDs)及二维纳米片层在内的低维纳米材料制备及修饰和发展并且优化低维纳米材料作为有效的正极和负极修饰层材料这两方面来开展的，并探讨了有机太阳能电池效率提高的内在机理，主要研究内容包括:　　1.通过溶液旋涂将尺寸较小的MoS2QDs形成无针眼的薄膜结合紫外-臭氧后处理可以作为有效的空穴传输层，研究了MoS2QDs光物理、形貌以及将其作为空穴传输层器件效率，结果表明MoS2QDs可以形成均一的膜，在紫外-臭氧处理后(O-MoS2QDs)，不仅可以用到具有高HOMO能级的给体的太阳能电池器件中，也可以用到低HOMO能级给体的器件中，基于O-MoS2QDs的电池器件效率为8.66％，分别比基于MoS2QDs和O-MoS2纳米片层的器件效率提高了71％和12％，此效率为包含MoS2材料的有机太阳能电池的最高效率。此外，与基于传统空穴传输层材料PEDOT∶PSS相比，采用O-MoS2QDs作为空穴传输层的器件稳定性得到大幅提升，结果表明O-MoS2QDs可以应用于高效率太阳能电池的有效空穴传输层。　　2.开发了一种以水溶性导电高分子PEDOT∶PSS作为表面活性剂，采用液相超声剥离法制备具有单层或少数几层的过渡金属二硫属化合物及石墨烯水溶性分散液。此分散液的浓度随超声时间的延长而增加，以MoS2分散液为例，最终浓度为0.16mg/mL，其制备效果可以与作为表面活性剂的其他小分子及聚合物相媲美;同时，此分散液中的纳米片层具有单层或少数几层的结构，并且保持原有的结晶结构。由于PEDOT∶PSS与纳米片层之间具有强相互作用，纳米片层水性分散液能够长时间稳定保存。此外，本方法采用水作为溶剂，突出其环境友好性。以WS2体系为例，其与PEDOT∶PSS共混物成膜后，导电率和空穴传输能力与纯PEDOT∶PSS膜相比均有提升，这是由于WS2纳米片层的加入能够引发PEDOT∶PSS苯-醌结构转变。并且PEDOT∶PSS/WS2复合膜具有岛状微观结构，此结构能增大活性层与电极的接触面积，有利于载流子在二者之间的有效传输。因此PEDOT∶PSS/WS2复合膜作为聚合物电池的空穴传输层的器件效率明显高于PEDOT∶PSS膜的。同时，由于二维纳米层状材料的加入能够有效阻止水氧在活性层中的渗入，器件的稳定性也得到大幅提升。　　3.2D金属有机框架材料(MOF)在化学分离提纯、生物标记、催化及光电领域具有大量的应用，但是制备具有良好分散能力的MOF纳米片层仍具有挑战性，2D纳米片层具有高透过率、能带可调、良好的电导率及溶液可加工性，这些性质均是有机太阳能电池中界面层中所必须的。在此项研究中，采用一种支化的聚合物聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)用来剥离含碲吩单元的2D MOF本体材料从而制备含单层及少数几层的纳米片层，而且，杂化MOF-PEIE成膜后可直接作为高性能有机太阳能电池的电子传输层，表现出优于PEIE的效果，其原因为对于电荷复合的抑制作用、可调的功函数以及升高的电导率。