有机太阳能电池与风能、水能等地表能源形式都是绿色清洁能源,是光伏能源的一种。有机太阳电池具有成本低、质量轻、可溶液加工、柔性、半透明等诸多突出优点,受到国内外研究机构的广泛关注。过去20多年时间,有机太阳电池经历了富勒烯衍生物受体主导的给体设计阶段以及非富勒烯受体研究阶段,大量的高效给受体活性材料被发展,结合器件结构设计、电荷传输界面层等研究,有机太阳能电池的转换效率已经超过了17%。尽管可以对有机太阳电池器件进行温度或溶剂退火、添加剂等制备条件的优化获得光电转换效率进一步提高,但是这样的方式获得的活性层薄膜处于亚稳态,在器件工作中,受环境影响较大,显著影响器件工作稳定性。因此从化学结构设计出发,开发稳定高效的新型给受体材料,获得稳定共混薄膜是材料和器件研究的重要策略。通过非添加剂和无后处理直接成膜获得高效器件的研究成果对其他基于有机半导体材料的光电器件也有积极意义。有机半导体材料的不断开发与应用仍然有广阔的研究空间,有机太阳能电池在光电转换效率的提升上有望取得更高的成就。本论文工作内容主要分为三个部分:在第二部分中我们设计并使用小分子材料l-IDT和a-IDT通过Stille偶联反应与4,7-二噻吩-2,1,3-苯并噻二唑（DTBT）共聚合,分别得到两种DA交替共聚物,P1-IDTDTBT和Pa-IDTDTBT。l-IDT和α-IDT亚基的几何形状对聚合物P1-IDTDTBT和Pa-IDTDTBT的共轭骨架曲率具有巨大影响,主要反映在其光电性质,空穴迁移率,膜形态和光伏性能中观察到的变化。基于Pl-IDTDTBT/PC₇₁BM（1:3,w/w）的BHJ PSC电池器件产生5.34%的光电转换效率,具有更高的J_SC为10.82 mA cm^-2和FF为57.4%。在相同的器件制备条件下,Pa-IDTDTBT/PC₇₁BM（1:3,w/w）表现出较差的转换效率为3.64%,和较高的V_OC（¹.02 V）,这是目前基于IDT的聚合物最高的V_OC之一的值。第三部分,我们以噻吩-苯环-噻吩（TBT）为核心结构,设计并合成了一类以单键相连具有柔顺性质的聚合物给体材料。我们对聚合物设计了三个不同长度和对称性的烷基链,得到三个相似聚合物PTBT-C、PTBT-C8、PTBT-C16,通过紫外吸收、荧光、电化学、TGA/DSC对材料进行了光学性质、热学性质表征。将聚合物应用于以PC₇₁BM为受体材料的有机太阳能电池进行光伏性能测试,其中侧链为对称C8支链的聚合物给体PTBT-C8获得J_SC为6.27mA/cm²,V_OC为0.89 V,填充因子FF为61.77%,光电转换效率为3.55%。第四部分中,我们使用NDI20单体与第三部分中合成的对称异辛烷的烷氧基苯给体单元设计并合成了共轭聚合物受体材料PNDI20-TBT,并且与已发表的PNDI20-2T进行对比。分别对聚合物进行了光学、电化学、热力学、分子构型等测试表征,得到PNDI20-TBT在固体薄膜时具有强而宽的吸收,且具有非常窄的光学带隙1.29 eV,是非常适合的有机太阳能电池受体材料。