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有机太阳能电池由于其成本低、重量轻、可以柔性化、加工方式多样、适于大规模制造等一系列的优势有望作为无机太阳能电池的补充,得到了学术界的重视,并且在材料和器件制备工艺上已经有明显进步。为了充分掌握有机太阳能电池的制备工艺,改善有机太阳能电池器件的光电转化效率,本论文主要从有机太阳能电池的材料、结构和制备工艺等三个方面着手,分别研究阴极缓冲层、给受体材料、制备工艺、器件结构等对器件光电转换效率及稳定性能的影响。1.通过调整P3HT:PC61BM薄膜的厚度以及热退火工艺,优化基于P3HT:PC61BM共混体相异质结光活性层的电池器件性能。结果表明,P3HT:PC61BM薄膜的厚度为240nm,退火温度为120℃时器件的光电转换效率最佳,达到3.12%。在此基础上,利用溶胶凝胶法制备了粒径分别为6-8nm及100-500nm的ZnO纳米颗粒,并且将制备的ZnO纳米颗粒应用在有机太阳能电池器件中作为阴极缓冲层,讨论不同的方法合成的ZnO对器件性能的影响。结果表明粒径较小的ZnO更适合作为阴极缓冲层。ZnO作为P3HT:PC61BM共混异质结的有机太阳能电池器件阴极缓冲层可以显著提高器件的热稳定性及在空气中的稳定性。2.通过选择和更换不同的给体材料P3HT和受体材料ICBA的组合,调整基于P3HT:ICBA薄膜的厚度以及热退火工艺方法,优化P3HT:ICBA薄膜的厚度为240nm,退火温度为120℃时器件的效率最高可以达到3.08%。使用氯苯和添加剂1,8-二碘辛烷(DIO)作为混合溶剂制备P3HT:ICBA薄膜,优化了器件制备工艺。在使用ZnO纳米颗粒作为阴极缓冲层时,提出了一种新的薄膜干燥工艺：真空干燥法。使用真空干燥法,既可以使器件充分干燥,除去薄膜中残留的DIO,又可以保持薄膜原有的相分离形貌,方便上层ZnO分散液的旋涂。使用真空干燥工艺和ZnO作为阴极缓冲层,最终器件的效率提高到了4.43%。同时,器件的稳定性研究表明：基于P3HT:PC61BM的器件性能的稳定性优于基于P3HT:ICBA器件。3.使用新型给体材料PBDT-TT-F与PC61BM共混,优化了PBDT-TT-F:PC61BM共混体相异质结光活性层的厚度,提升了电池器件性能,器件的效率最高可达到5.37%。研究了基于PBDT-TT-F:PC61BM共混体相异质结在各个波段范围内的光电响应EQE,发现器件在350-550nm波段的量子转换效率EQE较低,在一定程度上限制了器件的短路电流。这是由于PBDT-TT-F对350-550nm波长的光子吸收能力较小。与此相对应的,P3HT薄膜的最大吸收位于450-600nm,与PBDT-TT-F薄膜的光谱吸收形成良好的互补关系。利用PBDT-TT-F与P3HT的吸收互补性,我们提出了一种新的器件结构：将P3HT作为光谱增感层,PBDT-TT-F:PC61BM作为光活性层的一种新器件结构。优化P3HT作为光谱增感层的厚度为20nm时,提高了基于PBDT-TT-F:PC61BM共混异质结电池在400-600nm的光谱响应能力,器件的短路光电流由11.42mA/cm2提高到了12.15mA/cm2。