有机太阳能电池具有低成本、高产量的卷对卷生产工艺制造轻质、柔性器件的优势。在过去的30年里,世界范围内广泛的研究工作致力于理解和提高有机太阳能电池的性能,其中包括:有机材料的设计,器件工艺的优化及器件效率的理论计算等。目前,随着非富勒烯有机受体的发展,有机太阳能电池的效率已获得巨大突破,聚合物太阳能电池的能量转换效率已超过18%,而全小分子有机太阳能电池也达到15%以上,显示有机太阳能电池有着广大的应用前景。本文围绕着有机太阳能电池给体分子的设计,合成了聚合物给体和小分子给体,根据分子的特性制备了结构不同的非富勒烯有机太阳能电池器件并进行合理的优化。主要的研究内容如下:1.在这项工作中,设计了三种其中以双噻吩并苯并二噻吩（DTBDT）为给体单元,以双噻吩酰亚胺（BTI）为受体单元的聚合物给体,并以2-辛基噻吩为π桥,所有这些聚合物均与Y6形成了高效的非富勒烯有机太阳能电池。该体系的主要特点是使用BTI作为受体单元来显着降低空间位阻,同时是平面刚性结构,从而扩展了共轭骨架。随后为了进一步优化聚合物的结构性能,共轭π桥用于扩大光吸收范围并通过氯原子控制聚合物能级。与受体共混后,PDTBDT-T-Cl:Y6由于结晶度和相容性的平衡而显示出出色的电荷分离效果,并且具有高度有序的face-on分子取向,从而极大地增强了电荷传输能力以及降低了电荷重组概率。因此,基于PDTBDT-T-Cl:Y6的有机太阳能电池的能量转换效率达到15.63%。这项工作旨在强调BTI单元可以与给体单元有效共聚,以实现扩展的共轭,从而改善聚合物的光学和电化学性能,为将来设计高性能聚合物给体提供了一些有效的策略。2.在这项工作中,研究分别具有A-D-A和A-π-D-π-A结构的小分子给体2DTBDT和2DTBDT-2T,当给体与小分子共混后,构筑全小分子有机太阳能电池。富电子的双噻吩并苯并二噻吩（DTBDT）被作为中心核单元,实现扩展共轭平面并增强分子刚性。并通过二聚化方法在主骨架中插入了另外的DTBDT,也就是以双DTBDT作为核心,以罗丹宁为端基得到2DTBDT。在选择了二噻吩作为π桥,加深HOMO能级后得到2DTBDT-2T。在该体系中,全小分子的活性层是和小分子Y6以及IDIC-4F混合在一起。其中,基于2DTBDT-2T:Y6的器件显示最高效率,高达12.31%,基于2DTBDT:Y6的器件效率仅有1.59%。当以IDIC-4F为受体时结果完全相反,2DTBDT:IDIC-4F的效率达到7.18%,而2DTBDT-2T:IDIC-4F仅有5.71%。该结果表明,当双DTBDT作为中心单元,添加噻吩作为π桥后,改变了分子的能级,因此受体的选择也发生了改变,进一步证明了为了得到更佳的器件效率,不仅需要达到与受体的能级匹配,同时要求共混膜的相分离得到合理优化,达到提高电荷迁移率并抑制了电荷重组的目的,相应地提高有机太阳能电池的效率。