随着全球化石能源的日益减少以及环境污染的日益加重,人们越来越重视可再生能源技术的开发利用。有机太阳电池技术能直接将太阳辐射能转化成电能,被认为是最有希望解决能源问题的新型技术。有机太阳电池具备质轻、柔性、高的机械性能,受到了学术界和商业界的广泛关注。目前,实验室条件下有机聚合物太阳电池效率已经超过12%,但聚合物材料存在批次差异等问题一定程度上限制了其发展。而小分子给体材料具有结构确定,光谱吸收及能级易调控,无批次差异等特点吸引了许多研究者们的兴趣。近年来,基于小分子给体材料的有机太阳电池发展迅速,单节器件能量转换效率也已突破11%。但是,要实现大规模商业化生产还有很长的路要走,其中器件的稳定性和寿命是制约有机太阳电池发展的重要障碍。因此,发展高效稳定的给体材料是目前有机太阳电池研究的重点。卟啉及其衍生物具有较大的摩尔消光系数、共平面性良好、具备多个可供修饰的化学位点,作为给电子单元被应用到小分子电池材料中,表现了出非常优异的器件性能。本论文的主要工作是围绕卟啉单元展开的,通过化学手段,对卟啉单元主链结构、端基吸电子单元以及侧链结构进行优化,并研究了它们的器件性能。在第二章工作中,我们设计了一系列含不同π桥卟啉二聚体小分子给体材料,目的是调节分子的光谱吸收和能级。我们发现π桥对卟啉二聚体类给体材料的光谱吸收和能级有很大的影响,这使得这类材料的器件性能(开路电压和短路电流)有大的差异。其中基于小分子(DPP-ZnP-E)2-Ph的器件获得了6.42%的光电转换效率,短路电流高达16.34mAcm-2。在第三章工作中,我们发现在第二章中的以1,4-丁二炔为π桥时,光谱吸收范围最宽。但是有研究发现,1,4-丁二炔中的≡C—C≡键在一定条件下会有一定的扭曲,不利于分子链间的堆积。于是我们将乙二炔作为π桥,获得平面性更好的分子ZnP2-DPP,该分子表现出宽的光谱吸收范围,薄膜吸收边达到968 nm,光学带隙为1.28 eV。基于ZnP2-DPP的器件获得了非常大的短路电流为19.65mA cm-2,这主要归结于其宽的光谱吸收,该器件最高光电转换效率可达到8.45%。在第四章的工作中,我们设计了宽光谱吸收的两个小分子ZnP2-DPP3和ZnP3-DPP2,但是分子ZnP2-DPP3的LUMO能级过低,不利于激子的分离,而ZnP3-DPP2具有较合适的能级。基于ZnP2-DPP3的短路电流偏低,仅得到0.84%的器件效率,而基于ZnP3-DPP2获得了5.51%的器件效率。在第五章工作中,设计了以卟啉环为中心单元,在侧基的烷基噻吩上引入甲氧基来降低分子的HOMO能级,并用苯并噻二唑和吡咯并吡咯二酮作为端基调节光谱吸收的两个分子BTEZnP-TOM和DPPEZnP-TOM。它们都表现出较低的HOMO能级,但光谱吸收却明显不同。分子DPPEZnP-TOM表现出很宽的光谱吸收,作为给体材料应用到有机电池器件中,经过器件优化,可以获得9.59%的光电转换效率,短路电流高达19.79 mA cm-2。在第六章工作中,我们在卟啉二聚体中间引入2,1,3-苯并噻二唑单元作π桥链,以降低分子的HOMO能级;另外,在端基引入1,3-茚满二酮或罗丹宁,增强分子在长波长方向的吸收,设计了两个A-D-A’-D-A型小分子BTZnP2-IN和BTZnP2-RH,都表现出较低的HOMO能级和宽的光谱吸收。由于BTZnP2-RH具有更有序分子链间堆积和高的空穴迁移率,因此基于BTZnP2-RH的器件获得了更优异的器件性能,器件经过优化后可以获得10.02%的光电转换效率。