近几年,随着非富勒烯受体材料的快速发展,有机太阳电池的能量转换效率快速提升;但是,目前器件中的阴极修饰基本上仍然使用以前针对富勒烯有机太阳电池发展的传统阴极修饰材料,没有针对非富勒烯受体材料的特点进行相应阴极修饰材料与器件界面工程的系统研究。在有机太阳电池快速发展的过程中,人们逐渐意识到器件的加工工艺和稳定性是有机光伏进一步商业化应用的重大挑战,其中传统界面材料的电子传输性能较低也不利于器件的整体性能,同时阴极界面修饰对器件的稳定性具有至关重要的影响。因此,为了适应新型高效非富勒烯受体材料并进一步推动有机光伏的实际应用,这一研究领域亟需发展新型阴极修饰材料。本论文针对有机太阳电池领域中阴极修饰材料的上述问题开展了系统的研究。本论文针对传统阴极修饰材料电导率低的关键问题,将吸收可见光的有机染料分子苝酰亚胺（PBI）掺杂到金属氧化物（Zn O）薄膜中,利用光致电子转移大幅度提高了界面层的电导率,发展了一种高性能的光活性阴极修饰材料（Zn O:HO-PBI）。有机分子在Zn O薄膜中的均匀掺杂是实现低掺杂浓度下高光电导性能的关键,为此,本论文从染料分子结构设计入手,在苝酰亚胺的bay区进行羟基化（HO-PBI）,利用去质子化效应形成金属原子Zn和有机分子的螯合配位作用,实现了有机光敏染料分子在金属氧化物薄膜中的均匀分散,获得了稳定的有机-无机杂化光电导阴极修饰材料。将Zn O:HO-PBI光电导阴极修饰材料用于制备倒置有机太阳电池,提高了器件的电子收集效率和电子传输性能,获得了15.9%的能量转换效率。传统溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜结晶度低,低温热处理会留存大量结构缺陷,一般需要较高的热处理温度（>250°C）以提高结晶度并减少结构缺陷,较高的热处理温度限制了其在柔性器件方面的应用。本论文针对Zn O薄膜低温加工存在的问题,从苝酰亚胺染料分子的结构设计出发,在分子中引入多个室温下易与Zn原子形成配位键的羧酸功能基团（PBI-COOH）,将染料分子溶于制备Zn O薄膜的前驱体溶液（醋酸锌）,在溶液中染料分子与Zn原子形成配位作用,进一步使用该混合溶液制备有机-无机杂化的光电导薄膜。实验表明,在130°C下对共混薄膜进行热处理即可得到高光电导性能的阴极修饰材料,完全满足柔性塑料基底所要求的热处理温度。通过光诱导电子转移效应,Zn O:PBI-COOH掺杂薄膜的电子迁移率达到9.50×10-4 cm~2 V-1 s-1,电导率相比非掺杂Zn O薄膜得到明显提升。使用该阴极修饰层制备了柔性太阳电池器件,器件的能量转换效率达到9.63%。稠环非富勒烯类受体存在易被光氧化和分解等不稳定因素,传统含有脂肪胺或铵盐的阴极修饰材料会加速受体材料的降解,这是导致器件稳定性差的根本原因。本论文针对稠环非富勒烯太阳电池这一关键问题,从受体分子降解的基本原理出发,在苝酰亚胺分子中引入光照下易形成自由基的苯酚功能基团,发展了一种不含脂肪胺或铵盐的阴极修饰材料。在苝酰亚胺bay区引入两个具有抗氧化作用的二叔丁基苯酚取代基（PBI-2P）,在大幅度提高了分子在醇中的溶解性的同时,分子内推拉电子结构易形成稳定的苯酚基双自由基。与含胺基的传统阴极界面材料PEIE相比,PBI-2P与高效非富勒烯受体Y6共混薄膜在空气中光照条件下稳定性极佳。此外,自由基的存在有效地提高了电子传输层的电导率。将自由基掺杂的PBI-2P作为光伏器件阴极修饰材料,显著提高了器件中的电子收集效率,器件的能量转换效率高达17.20%;特别是基于PBI-2P阴极修饰的非富勒烯太阳电池器件的稳定性与基于PEIE的器件相比显著提高。更进一步,本论文通过使用有机碱对苯酚功能化的苝酰亚胺分子进行n型掺杂,获得了具有红外光吸收特性的离子型苝酰亚胺（PBI-P）,并用作非富勒烯有机太阳电池的阴极修饰材料。掺杂后的PBI-P分子形成阴离子,负电荷主要分布在苯酚羟基团上,这种离子掺杂的聚集态薄膜能够稳定存在于空气中。苯酚阴离子与苝酰亚胺核之间电子转移,使分子在红外光区（峰值在1200 nm）具有非常强的吸收。将PBI-P用于光响应有机场效应晶体管,结果显示红外光辐照能够显著提高器件的光电流,证明这是一种红外光活性的离子型电子传输材料。综上,本论文围绕非富勒烯太阳电池中亟需解决的科学问题,基于光热稳定性良好的苝酰亚胺染料分子体系,利用苝酰亚胺分子的光敏、离子配位、自由基等特性,开发了系列新型光伏阴极修饰材料体系,解决了阴极修饰材料电导率低的关键问题,并从阴极界面修饰的角度探索了解决非富勒烯有机太阳电池稳定性差的途径。