当入射光穿透底电极照射到活性层上时，单一的共轭聚合物捕获光子形成激子（电子空穴对），激子向活性层与电极之间的界面处扩散。
当激子到达阴极界面时，解离产生的电子从共轭聚合物的LUMO轨道向阴极电极上转移被收集；当激子到达阳极界面时，解离产生的空穴从共轭聚合物的HOMO轨道向阳极电极上转移被收集，从而形成光生电流。
然而，由于这类电池有机材料的介电常数较小，激子分离困难、扩散距离短（大约10纳米），激子在传递中易于因复合过程而损失，导致载流子难以被有效收集，所以这类器件的效率有很大的提升空间。
因为**基势垒常存在于这类电池的光敏层与电极之间，故被命名为“单层**基型有机太阳能电池”。
双层异质结有机太阳能电池
与单层**基型有机太阳能电池不同的是，双层异质结有机太阳能电池主要由两个电极和电极中间的一个给体材料层和一个受体材料层所构成，相比之下多了一层有机材料层。
在这类电池中，入射光穿透底电极先照射到给体材料层上形成激子，激子再扩散到给受体分子之间在内建电势作用下解离成自由电荷，自由电子穿过受体材料层传输至阴极，空穴穿过给体材料层传输至阳极，电荷被相应电极收集后产生光生电流与电压。
虽然这类电池相比单层有机太阳能电池效率已经有了较大的提升与改善，但是给体材料层中生成的激子寿命短、扩散长度小等原因使能够在给受体界面有效解离的激子数急剧减少。
所以，激子解离情况与给受体界面面积大小对这类电池的光电转换效率影响非常大。
体异质结有机太阳能电池
事实上，激子在双层异质结有机太阳能电池给受体界面上的解离效率已经较高，但是受制于较短的激子扩散距离，只有与给受体界面相距不远的激子才有机会在此解离。
因此，提高双层异质结有机太阳能电池效率的关键在于如何改善对激子的利用效率。
为了解决这个难题，将给体材料与受体材料配制在同一溶液中进行共混，再旋涂得到以互穿网络结构为特征的体异质结（BHJ）活性层的策略被提出。
该策略有效增加了活性层中给受体界面的数量与面积，并缩短了很多给体中激子到达给受体界面的距离，使激子解离的数量与效率都获得了大幅的提升。
而且网状结构更有利于载流子通过这些通道传输到相应的电极上，从而有效增强了相应电极对载流子的收集。
受益于上述优点，体异质结有机太阳能电池已成为有机太阳能电池领域研究的主流，目前纪录效率最高的器件也采用的是体异质结结构。
叠层有机太阳能电池
为了更充分的利用光能，并最大限度提升光伏器件的电池效率，研究人员通过将两个或多个电池串联叠加起来进一步提出了叠层太阳能电池器件。
这一类电池的最主要区别就是通过使用2种或2种以上的光活性层材料，可以使得活性层对太阳光的吸收范围互为补充，从而拓展电池对太阳光的吸收波段，提升器件对光的利用率。
但是随着单节有机太阳电池效率的不断刷新，器件工艺的不断完善，这类电池在未来将充满潜力，有望使有机太阳电池真正取得大规模的商业化应用。
有机太阳能电池的结构
目前，采用最多的体异质结有机太阳能电池按器件结构进行划分，主要有正置结构、倒置结构和叠层结构3种结构。
现在，常用的正置结构一般将透光率较高的氧化铟锡（ITO）作为器件的阳极，而以蒸镀的金属（银、铝、金等）作为器件的阴极，并大多采用PEDOT:PSS（4083）作为空穴传输层（阳极界面层），有机醇溶性分子（PFN、PFNBr、PDINO等）作为电子传输层（阴极界面层），给体受体材料共混层作为光活性层，对光子进行捕获。
正置有机太阳能电池制备工艺相对简单、可重复性强。然而，由于PEDOT:PSS的酸性较强，吸湿后容易对底电极造成腐蚀，导致电池的稳定性较差。
与正置结构相反，倒置结构采用ITO作为器件的阴极，蒸镀的金属作为器件的阳极，并用MoOx取代酸性的PEDOT:PSS作为空穴传输层，用ZnO、PEI、PEIE等作为电子传输层，光活性层不变。
倒置结构能够有效避免酸性对电极的侵蚀，从而使器件获得更好的稳定性。叠层有机太阳能电池的构成，它相当于2个或好几个子电池串联叠加起来。但实际上它的结构可以进一步细分为前电池、中间复合层、后电池三个组成部分。
前电池先将短波高能的光波段吸收，后电池再吸收长波能量低的光波段，进而实现对太阳光的拓展吸收，并形成对后电池的保护。
受串联结构的影响，叠层有机太阳能电池的电压值等于每个子电池电压的累加值，电流值等于各子电池中较小的那个电流值。
有机太阳能电池的工作原理
有机太阳能电池的实质是一种使用有机材料作为介质利用光生伏特效应捕获光子将其转化为自由电荷的光电器件。
体异质结有机太阳能电池的光电转化可以简要归纳为体异质结活性层吸收太阳光，太阳光转化为自由移动的电荷，电荷传输到相应电极形成光电流的这样一个过程。
但是实际上这个过程要比我们想象的更复杂，按光生电流的形成顺序可以将其分为以下四个主要的环节：（1） 激子的产生：太阳光照射后，体异质结活性层中的给体材料通过对光子进行捕获，其电子由基态轨道跃迁到激发态轨道，因此在原轨道上形成显正电的空穴，与跃迁到激发态轨道的电子共同构成电子-空穴对（激子）。
（2） 激子的扩散：对有机分子中的激子而言，因为束缚能较大，它解离起来比无机分子更困难，在吸光后不能直接解离形成自由移动的电荷，需要保持激子的状态先扩散至给受体分子交界处，再随后在界面位置上进行解离。
由于有机材料中激子的扩散长度一般要小于20纳米，未能扩散到给受体界面位置的激子一般由于复合而损失。所以，若是能形成良好的给受体相分离微纳米形貌将有利于激子的高效解离，从而可以改善有机光伏器件的性能，提升其能量转换效率。
（3） 激子的解离：当光生激子由给体分子扩散到给受体界面位置后，由于给受体分子的LUMO能级之间存在差值，可以作为解离时形成电子与空穴的驱动力。解离后，电子由给体分子的LUMO能级迁移到受体分子的LUMO能级，空穴集中到给体分子的HOMO能级上。
之前，一般认为给受体分子之间的LUMO能级差要大于0.3 eV才能有效驱使激子的快速、高效解离。
但是，近年来随着一些LUMO能级差低于0.3 eV甚至接近于0 eV的高效非富勒烯有机太阳能电池的相继报道，刷新了人们对有机太阳能电池的传统认知。这一重要发现为有机太阳能电池突破现有瓶颈，实现更高效率的飞跃提供了新的理论依据与指导。
（4） 载流子的传输与收集：受内建电势影响，激子在给受体界面处解离为电子与空穴后，电子将经由受体材料传输至阴极，空穴将经由给体材料传输至阳极，并在电极处完成电荷的收集，形成光电流与电压，完成光伏发电的整个过程。
由于传输机制存在差异，有机材料相较于无机材料一般表现出较低的迁移率，使自由电荷的传输效率受限。为此，有研究人员通过掺杂的方式来提高有机材料中自由电荷的传输效率，进而提高有机光伏器件的能量转换效率。
另外，由于有机光活性层直接与电极接触容易形成接触能垒，不利于自由电荷的收集。因而，目前研究人员都会在有机光活性层与电极之间增加一层界面层，来优化活性层材料与电极之间的接触，减弱接触能垒带来的不利影响，提高电荷的收集效率。
