非富勒烯有机太阳能电池（Organic Solar Cell,OSC）具备轻质柔性等优点,可应用于可穿戴及可拉伸电子设备等领域。OSC中较大电压损失限制了光电转换效率的发展,材料的强结晶性限制了器件的机械性能的提升。本论文围绕OSC中光电性能和机械性能受限的两个问题,从分子结构设计角度调控三线态能级以减小电压损失和引入柔性侧链提高机械性能。主要工作与结果如下:（1）OSC中较低的发光效率以及电荷转移态（CT）向三线态的能量回传会造成额外的电压损失。为了解决能量回传的问题,通过增大分子共轭刚性发展出一种三维全扭曲刚性苝二酰亚胺（PDI）类小分子受体T（Ph-PDI）。其具有室温磷光特性,单线态-三线态能量差显著减小为0.14 e V,促进了三线态能级的提高。因此,T（Ph-PDI）的三线态能级高于CT态能级,阻止能量的回传。其器件也展示出更高的发光量子效率(1.6×10-5),获得了减小的电压损失（0.66 V）。另外,三线态激子的参与提高CT态激子的解离效率至91.2%,从而提高了短路电流。最终实现了超过10%的效率,目前基于PDI分子的效率鲜有报道超过10%。（2）基于聚合物给体J52设计合成了具有硅氧烷侧链的二噻吩基-苯并二噻吩-alt-氟苯并三唑共聚物PBZ-2Si,并合成三种不同分子量的PBZ-2Si。硅氧烷链的引入增强了聚合物的聚集性,进而提高载流子的迁移率。基于中等分子量PBZ-2SiM的OSC展现出最平衡的电荷传输和最佳的活性层形貌,实现了超过7%的最高效率。更重要地,由于软硅氧烷侧链的增塑作用扩大了聚合物主链的链间距离并增加了链间自由体积,因此,基于PBZ-2SiM的共混膜的拉伸性显著提高至38.4%。进一步增加分子量会增强聚合物链的缠结将拉伸性提高到50.7%,这是迄今为止报道的最高拉伸性。最终制备了本征可拉伸OSC,基于PBZ-2SiM的可拉伸OSC在50%的巨大应变下仍保持其初始效率的80%以上,远远优于基于J52的可拉伸器件。