非富勒烯材料由于能级可调、合成便利、可设计性等优点,使得有机太阳能电池（OSCs）效率屡创新高,成为研究热点。相比富勒烯材料体系中PCBM能级的固定,非富勒烯材料在能级上的改变,导致器件物理机理大不相同。特别是由于给受、受体材料对光电流贡献的改变,非富勒烯体系有机太阳电池的电荷转移机制产生了新的变化,需要更加深入和系统的研究。对于电荷转移行为的物理机制研究和理解,有助于我们实现更高效的OSCs,对材料合成和器件制备也有指导意义。由于富勒烯及其衍生物材料的能级固定、光吸收较弱,关于富勒烯材料的电荷转移多集中在从给体到受体的PET过程,对受体到给体的空穴转移（PHT）过程的研究比较缺乏。为此,我们选取PTB7-Th:PC71BM体系,研究了所制备器件的在多种不同条件下的电荷转移行为。本论文中,通过使用不同比例添加剂、改变退火温度、改变活性层D/A比和使用不同溶剂等方法制备器件,研究了器件电荷转移行为的变化。我们发现,3%DIO做添加剂时活性层形貌最佳,相应器件的电荷转移效率最高。退火温度越高,给体材料PTB7-Th的PET过程效率随之下降越明显,相对应的是活性层的形貌相尺寸变大、粗糙度上升,退火不利于该体系电荷转移过程。同时,高受体含量器件中,由于增加了受体的吸收,增强了相应吸收范围的光电转换效率,对光电流显著的提升,因此在该富勒烯体系中会获得更平衡的电荷转移过程。另外,当采用CF做溶剂时,活性层形貌出现了较大的相分离尺寸,特别不利于给体材料PTB7-Th的PET过程,器件性能较低。对于非富勒烯材料体系,本论文选取PM6:Y6进行电荷转移行为的研究。首先,分别使用1%的DIO、1%的CN和不使用添加剂处理活性层,研究对应的器件性能差异。采用DIO做添加剂的活性层形貌相尺寸过小,粗糙度较大,而采用CN做添加剂的活性层形貌有较好的相结构,并且活性层的吸收增强,相比不使用添加剂体系补全了部分较弱的吸收,从而使器件获得了更为平衡且高效的电荷转移过程。对比不退火和110℃退火处理,发现退火处理增强了薄膜的结晶性,这种形貌的改善有利于受体材料Y6的电荷传输,在EQE响应上显得更加平衡,使其对光电流贡献增加;与富勒烯材料不同,退火会优化非富勒烯器件的活性层形貌,获得更为平衡且高效的PET、PHT过程。最后,我们调控和优化活性层的给受体比例,结果发现,与富勒烯体系不同,活性层比例D:A=2:1的非富勒烯活性层体系出现了更为明显结晶,互穿网络质量较差导致器件电荷转移不理想。而活性层D:A=1:3的器件远不及D:A=1:1.5器件的性能,主要原因是在活性层D:A=1:3的器件中整体的电荷转移效率偏低。可见给受体比例对非富勒烯材料电荷转移行为的影响非常显著。本文在第四章中对三元体系中电荷转移行为展开了研究。研究工作通常在二元体系中引入第三组分实现光谱的互补,从而JSC和VOC可同时提高,但是对电荷转移过程PET、PHT的研究还比较缺乏。本章的研究表明,当IT-M含量为80 wt.%时,PBDB-T:PC71BM:IT-M的三元OSCs实现了最佳性能。研究发现通过改变第三组分含量,可以得到高效、平衡的PET、PHT过程。进一步的研究证明了该三元体系为合金模型,因此我们且推测这种“合金受体”具有比IT-M更深的能级,从而增大了PHT过程的驱动力。我们进一步通过PL淬灭实验和IQE测试证明了该条件下PET、PHT过程均得到了有效的提高;通过AFM、TEM测试发现引入第三组分后,活性层形貌粗糙度降低,给受体相混合更明显,通过GIWAXS测试证明了三元活性层形貌更好的晶体结构,有利于器件的电荷转移行为,这种高效的电荷转移行为也使得器件获得最佳的效率。