有机太阳能电池具有质量轻、制备工艺简单、可制备半透明柔性器件等优点,引起了广泛的关注。近年来有机太阳能电池发展迅速,能量转换效率已经超过17%,但有机太阳能电池的实际应用仍面临着效率与稳定性方面的挑战。本论文围绕“提升有机太阳能电池效率与稳定性”这一科学问题,通过光伏材料的分子设计和三元共混器件的构建,实现了有机太阳能电池能量转换效率和稳定性的显著提升。论文的主要研究内容概括如下:1.通过氯取代策略有效提高聚合物给体材料的光伏性能。相比于氟取代的聚合物PBT-F,氯取代的聚合物PBT-Cl具有更为简单的合成步骤和较低的HOMO能级(有利于提高器件的开路电压),且基于PBT-Cl:IT-4F器件表现出了更高且更为平衡的载流子迁移率,较弱的双分子复合和缺陷态复合,因此取得了更高的能量转换效率。同时,基于PBT-Cl的器件还取得了突出的半透明性能,半透明器件效率达到了 8.18%,可见光区的平均透过率为31.7%。2.合理设计第三组分材料用于构建三元共混有机太阳能电池,有效地提高了器件能量转换效率和稳定性。设计合成了一种以稠环单元IDT为中心单元D,双氟取代的苯基为共轭π桥,氰基乙酸烷基酯为端基A的A-π-D-π-A结构的小分子IBC-F作为第三组分用于三元共混有机太阳能电池。尽管基于PBDB-T:IBC-F器件的光伏性能极差,效率仅为0.21%,但将其作为第三组分引入PBDB-T:IE4F-S,有效提高了激子分离效率,抑制了双分子复合和缺陷态复合,因此有效地将效率从13.70%提升至15.06%。同时,三元器件也比二元器件展现了更好的热稳定性和光稳定性,均提升了约10%。3.通过第三组分结构的优化,进一步提升器件光伏性能。将IBC-F的端基烷基链替换成罗丹宁,合成了 IBR-F作为第三组分材料用于三元共混有机太阳能电池。与IBC-F类似,尽管PM6:IBR-F器件的光伏性能也极差,但将其作为第三组分引入PM6:Y6后,有效地提高了载流子迁移率和激子分离效率,减少了缺陷态复合,优化了相分离形貌,效率从15.55%提升至17.15%。并且,器件的光稳定性也提升了 5%。