采用溶剂热法，以氧化石墨烯为前驱体制备了石墨烯量子点(GQDs)，将不同制备条件和质量分数的GQDs掺杂到聚3-己基噻吩和［6,6\]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM∶P3HT)中作为敏感层制备了太阳能电池器件。实验结果表明，敏感层掺杂0.2%质量分数的GQDs时，太阳能电池光电转换效率较未掺杂器件提高了16.45%。敏感层掺杂反应时间4 h和温度220 ℃制备的GQDs，获得低粗糙度和高紫外可见光吸收强度的敏感层薄膜，制备的太阳能电池器件光电转换效率为1.34%，较未掺杂GQDs器件提高了12.60%。因此，GQDs适宜的制备条件和掺杂浓度可以提高太阳能电池器件的光电转换效率。

为了提高太阳能电池的性能, 研究磁性纳米粒子在外加磁场的作用下对聚合物太阳能电池有源层P3HT∶PCBM成膜及太阳能电池性能的影响。 本文采用热分解法制备了磁性Fe3O4纳米粒子, 将不同质量分数的Fe3O4纳米粒子掺入到P3HT∶PCBM溶液中, 旋涂后在外加磁场的作用下自组成膜。通过TEM、XRD对制备的Fe3O4纳米粒子进行表征, 并利用偏光显微镜、原子力显微镜对成膜质量进行探究。结果表明, 采用热分解法制备的Fe3O4纳米粒子直径在10 nm左右, 在外加磁场作用下, Fe3O4纳米粒子对成膜有一定的调控作用。当Fe3O4纳米粒子掺杂质量分数为1%时, 太阳能电池器件的开路电压增加3.77%, 短路电流增加24.93%, 光电转换效率提高7.82%。

为研究掺杂石墨烯量子点(GQDs)对聚合物电池的影响, 采用溶剂热法制备了GQDs, 掺杂到聚3-己基噻吩和富勒烯衍生物(P3HT∶PCBM)中作光敏层制备了聚合物太阳能电池。掺杂不同浓度的GQDs后, 聚合物电池的开路电压和填充因子都比未掺杂器件高。GQDs掺杂质量分数为0.15%时, 形成的掺杂薄膜平整、均匀, 填充因子提高了17.42%。GQDs经还原后, 随还原时间的延长, 填充因子FF增大。到45 min时, 电池的FF基本稳定, 从31.57%提高至40.80%, 提高了29.24%。退火后, 获得了最佳的掺杂GQDs的聚合物太阳能电池, 开路电压Voc为0.54 V, 填充因子FF为55.56%, 光电转换效率为0.75%。

以聚3-己基噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)体系的有机太阳能电池器件为基础，采用喷涂法制备了有机太阳能电池的空穴传输层和有机功能层，研究了基底温度对薄膜的形貌和器件性能的影响，并采用喷涂技术制备了一面积为11.2 cm2的大面积有机太阳能电池器件。研究发现，随着基底温度的升高，薄膜的粗糙度下降，吸收率提高，当基底温度为130 ℃时器件的性能最优，面积为25 mm2的器件的能量转换效率为2.09%。将多个独立的小面积电池进行串联和并联，制备了有效面积为11.2 cm2的大面积有机太阳能电池组件，其能量转换效率为1.83%，在面积增大44.8倍的情况下，效率仅损失不到13%。

由于有机太阳能电池具有成本低、易加工、可以制作在柔性衬底上等优点备受人们关注。文中采用了溶液旋涂的加工方法, 研究了基于聚3-乙基噻吩(P3HT)与富勒烯衍生物(PCBM)共混的有机聚合物体相异质结太阳能电池。在大气条件下完成了器件的制备与测试, 通过旋涂条件、质量分数、退火条件等优化提升了器件的光电特性, 获得开路电压(Voc)为0.62 V, 短路电流密度(Jsc)为14.97 mA/cm2, 填充因子(FF)为42.21%, 电池效率(PCE)为3.92%的高效聚合物体相异质结太阳能电池。因此, 通过对溶液加工条件的优化, 可以提高薄膜质量, 促进载流子传输和分离的能力。不仅可以提升有机聚合物体相异质结太阳能电池的效率, 也为推进有机太阳能电池的量产化奠定了基础。

在P3HT∶PCBM聚合物太阳能电池的阴极LiF／Al中引入纳米结构的银膜组成Ag／LiF／Al复合阴极, 太阳能电池的光电流能显著提高。 在AM1.5G和100 mW·cm-2的模拟太阳光照射下, 当银膜厚度为4纳米时, 优化的太阳能电池的光电流要比只有LiF／Al的参比太阳能电池高20%以上。 研究表明, 纳米银膜产生的表面等离子体效应是增强聚合物太阳能电池光电池的主要原因。 不过, 银膜修饰的太阳能电池填充因子和开路电压要比参考电池低, 最终使该类型电池效率降低。 在银膜处增加的载流子复合可能是导致电池填充因子、 开路电压和能量转化效率降低的重要原因。

P3HT∶PCBM薄膜的快速和缓慢成膜过程能显著的改变异质结聚合物太阳能电池性能。 通过调节旋转时间以及薄膜退火前的间隔时间, 研究了P3HT∶PCBM混合薄膜缓慢生长所需最佳时间。 结果表明, 在转速800 r·min-1下旋涂薄膜, 经过50～80 s的旋涂, 接着放置样品薄膜30 min以上, 然后再对薄膜进行退火处理, 电池效率可以达到3%以上, 而快速成膜的电池效率只有1.8%左右。 合理的P3HT和PCBM相分离促进了相应载流子的跳跃和传输, 是提高电池效率的根本原因。 研究结果为准确掌控缓慢生长的混合薄膜提供了时间窗口。

采用一种新的阳极材料：银、铜、镍的复合金属网格阳极，利用旋涂法制成了活性层为P3HT (poly(3-hexylthiophene))∶PCBM(［6,6］-phenylC61-butyricacidmethylester)的柔性衬底聚合物太阳能电池。制备了5种不同结构的柔性聚合物太阳能电池器件，将采用新型阳极材料的柔性衬底聚合物太阳能电池与传统ITO（Indium tin oxide）阳极的柔性衬底聚合物太阳能电池进行对比，发现新型阳极材料所制成的器件性能得到大幅度的提高，其电池器件在50mW/cm2强度光照下，开路电压(Voc)为0.54V，短路电流密度(Jsc)为5.39mA/cm2，能量转换效率为2.060%。