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化石燃料是不可再生能源,储量也是有限的。为了人类社会的可持续发展,急需开发出可替代化石燃料的能量获取技术,这种技术应是绿色环保与可再生的。太阳能就是其中一种有望替代化石燃料的能量来源。有机太阳电池和钙钛矿太阳电池是将太阳能转化为电能的一种装置,实现了对太阳能的捕获与转化还具有可打印加工,轻薄柔性,制造成本低等优势,随着研究的深入,有机太阳电池的光电转化效率已经突破13%,钙钛矿太阳电池的光电转化效率已突破22%,器件的寿命和稳定性也得到部分改善,商业化道路也越来越明朗。有机太阳电池和钙钛矿太阳电池的器件结构包括ITO,阳极界面,有机给受体活性层（或钙钛矿）,阴极界面和阴极,其中活性层（或钙钛矿）是整个太阳电池的核心,激子的产生与分离就发生在活性层部分;而界面材料的作用主要体现在修饰活性层与电极表面的缺陷,降低载流子提取势垒,促进各层之间形成欧姆接触等等。界面材料的好坏也会严重制约着有机太阳电池和钙钛矿太阳电池的寿命、稳定性与转化效率的提升。本文的工作主要是太阳电池阴极界面材料的设计与合成,并通过各种光学,电学等表征手段,来探讨阴极界面材料在太阳电池中的具体作用。在第二章中,我们设计并合成出一种以卟啉为核,以吡啶季铵盐为功能化基团的有机小分子m-PYBr ZnPor和m-PYIZnPor。卟啉具有很大的π共轭环,电子在分子内能够很好的发生离域,且卟啉环还具有4个可修饰位点和1个金属配位位点,因此具有广阔的研究与改进空间。我们将m-PYBrZnPor应用于钙钛矿太阳电池中,取得了不错的器件效率,对比常用材料BCP（2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉）,钙钛矿器件的光电转化效率（PCE）最高达到17.5%,获得12%的提升。经表征数据分析,器件效率的提高得益于卟啉吡啶季铵盐对阴极银电极的修饰作用。卟啉吡啶季铵盐的引入使得银电极的功函数从-4.76 eV降低到-4.02 eV,功函数的降低有效提高了阴极对电子的提取效率,从而提升了电池的开路电压VOC和填充因子FF,从而提高了电池的光电转化效率（PCE）。在第三章中,我们设计并合成出2个基于DPP（吡咯并吡咯二酮）氨基芴的D-A-D型有机小分子界面材料,DPPFN和DPPFNBr。这两个分子以DPP为核,氨基芴为臂,二者以炔键相连,扩大了分子的共轭性。DPP单元是非常好的电子受体单元且具有大平面的共轭结构,借助于D-A-D型分子分子内的电子推拉效应和大平面结构分子间的π-π堆积效应,我们预计DPPFN和DPPFNBr薄膜将有较高的电子迁移率。由于DPP单元与氨基芴单元在极性溶剂中都具有不错的溶解性,因此最终的分子DPPFN在甲醇中具有良好的溶解性,溶解度可达到10mg/1ml甲醇,因此不需要加入乙酸助溶。我们继而将DPPFN用溴乙烷离子化,成为季铵盐,得到分子DPPFNBr,醇溶性进一步提升。我们将DPPFN和DPPFNBr分别用于正装有机太阳电池中,用作阴极界面层,在PTB7:PC71BM体系中均获得了8.4%的平均光电转化效率,对比以甲醇为阴极界面的器件,效率提升超过30%。在第四章中,我们合成了2个以稠环平面分子芘为核心,以氨基芴为功能化基团的有机小分子阴极界面材料PyFN和PyFNBr。这两个小分子具有吸收弱,带隙宽的特点,较宽的带隙可提高材料的空穴阻挡能力。大稠环平面分子具有较大的电子离域空间,且更有利于分子间的π-π堆积,这将提高材料薄膜的电子迁移率。这两种小分子材料在甲醇中均具有良好的溶解性,我们将PyFN和PyFNBr应用于正装有机太阳电池器件中,在PTB7:PC71BM体系中,PyFN为阴极界面的器件效率可达7.46%,PyFNBr为阴极界面的器件效率可达6.86%,且从多组器件效率来看,均表现出对界面层膜厚不敏感的性质。