随着经济飞速发展,能源缺口日益成为制约社会进步的一大隐忧。传统化石能源面临枯竭的现况下,开发高效、清洁、大储量的新型能源迫在眉睫。而在众多新能源类型中,太阳能因其取之不尽用之不竭、低廉、环保、分布广的特点被广为关注。在过去的几十年中,硅晶太阳能电池蓬勃发展,光电转换效率已经达到20%以上,在航天等领域大放异彩。然而硅晶太阳能电池生产过程污染大、能耗高,且质地脆硬,限制了其应用领域的进一步扩展。因此,新型光伏技术的开发成为新的研究热点,有机太阳能电池应运而生。有机太阳能电池具有重量轻、柔性、制备成本低等优点,在柔性电子器件等领域具有巨大的应用潜力。目前,有机太阳能电池单结器件效率已经超过15%,叠层器件更是超过17%。尽管如此,如何进一步提高电池的效率及稳定性仍然值得深入研究。其中,活性层(吸光层)材料的创新是重中之重。因此本论文从分子能级匹配、吸收光谱调控等角度出发,采用烷硫基侧链取代策略,着眼于提高高效有机光伏材料的光伏性能,主要包括:1.以烷硫链取代苯并二噻吩(BDT)为中心单元、三联噻吩为π桥、3-乙基罗丹宁为吸电子端基构建了 A-D-A型结构小分子给体BDTT-S-TRS。通过在噻吩π桥上引入烷硫基侧链,有效降低了小分子的HOMO能级,扩宽了吸收光谱。以BDTT-S-TRS为给体,PC71BM为受体制备电池器件,能量转换效率(PCE)和填充因子(FF)分别达到了 8.07%和70.5%。2.拓展烷硫链取代噻吩π桥的应用。将烷硫链取代噻吩作为π桥引入D-π-A型共轭聚合物中,合成了一系列聚合物给体材料CP24、CP27和CP31。结果表明,在π桥引入烷硫链可以有效降低聚合物给体的HOMO能级、拓宽其吸收光谱。但π桥上烷硫链的引入一定程度上扭曲了聚合物共轭主链的平面性,从而降低了其载流子迁移率。将这三个聚合物作为给体分别与ITIC及其相似物m-ITIC共混制备器件,其中基于CP27的PCE达到了8.08%,Voc为0.93 V。进一步引入PC71BM作为第三组分构建基于CP27:m-ITIC:PC71BM的三元共混器件,PCE提高到了 8.66%。3.将烷硫链取代噻吩π桥引入非富勒烯稠环受体材料的分子设计,合成了一系列小分子受体CS57、CS70和CS77。这三个材料在600到800 nm区域具有较强的吸收,与目前常用的中、宽带隙给体材料具有互补的吸收光谱和匹配的能级。其中,以CS57为受体,PBDB-T为给体制备的的电池器件,PCE达到了 13.72%。特别地,尽管CS57和PTQ10之间的HOMO能级差为0,基于PTQ10:CS57的电池器件仍取得12.20%的PCE,Voc达到了 1.00 V,能量损失仅为0.47 eV。以CS57为受体,选取六个HOMO能级、吸收光谱各异的聚合物材料为给体,基于六个共混膜的电池器件效率都超过了 10%。