有机太阳能电池(PSCs),由于质量轻、柔性好、成本低、可卷对卷加工制备等优点被认为是一种潜力巨大的光伏技术,近年来得到迅猛发展和广泛关注。其中以电子给体单元(D)和电子受体单元(A)构筑D-A型共轭聚合物给体材料是提高电池能量转化效率的有效途径。理想的D-A共轭聚合物给体材料要求具有相对窄的光学带隙从而吸收更多的光子,低的HOMO能级可以保证电池获得高的开路电压(Voc),好的结晶性可以实现高的空穴迁移率,与受体材料具有好的相容性可以形成理想的纳米尺度相分离,从而提高器件的能量转换效率。但是,很多高效的分子结构比较复杂合成难度大产率低且成本高,从而限制其实际应用。因此,设计合成结构相对简单且高效的分子仍面临很大的挑战。稠环芳香内酰胺(PALs)作为有潜力的受体单元(A)的D-A共轭聚合物已被开发出来。PALs单元的强吸电子性和平面性使得D-A分子具有低的HOMO能级和高的空穴迁移率。二噻吩并[3,2-b:2’,3’-d]吡啶-5(4H)-酮(DTP)被证明是构建D-A分子的优秀受体单元。但先前研究的基于DTP单元的给体材料主要集中在宽带隙(Egopt>1.80eV)并且这些聚合物与非富勒烯受体的光伏性能还未被研究过。为了能吸收更多的光子,开发基于DTP窄带隙的D-A聚合物是很有必要的。另外,异靛蓝(Isoindigo)由强吸电子内酰胺和芳香烃基团组成,可通过内酰胺N位置上的侧链来调整分子的溶解性和形态。异靛蓝又具备来源广泛、结构简单、易于合成等优点,作为优良的A单元被广泛应用于太阳电池D-A聚合物给体材料中。针对以上问题,本论文主要设计合成了基于三元环内酰胺(DTP)的新型给体单元并与苯并噻二唑(BT)受体单元共聚得到D-A型共轭聚合物给体材料PDTP4TFBT。另外,设计合成了基于新型异靛蓝受体单元并与苯并二噻吩(BDT)给体单元共聚获得两种D-A型聚合物给体材料PITTIBDT和PiITTIBDT,并对它们的光学性能、热稳定性能、电化学性能和光伏性能等进行了研究。主要研究内容和结果如下:(1)设计合成了基于三环内酰胺单元4-(2-己基癸基)-2,7-二(4-(2-己基癸基)噻吩-2-基)二噻吩并[3,2-b:2’,3’-d]吡啶-5(4H)-酮(DTP)的D-A共轭聚合物窄带隙(Egopt=1.62eV)给体材料(PDTP4TFBT)。PDTP4TFBT应用于富勒烯受体和非富勒烯受体,与富勒烯受体材料(PC71BM)共混做成反式器件经过优化效率达8.75%,与非富勒烯受体材料(ITIC)的反式器件经过优化效率达7.58%。同时由于PDTP4TFBT、PC71BM和ITIC吸收光谱互补以及给受体之间形成阶梯式能级,可能形成了有效的活性层,所以我们获得了高效的三元太阳电池,器件经过优化效率达9.20%。通过AFM、TEM和GIWAXS等技术对电池混合膜活性层的形貌、结晶性以及分子的排列趋向的研究,佐证了添加剂DIO对富勒烯和非富勒烯受体电池性能的相反作用。(2)在异靛蓝之间引入噻吩并[3,2-b]噻吩,获得了受体单元(3Z,3’Z)-3,3’-(噻吩并[3,2-b]噻吩-2,5-二基双(甲亚胺基))双(6-溴-1-(2-辛基十二烷基)吲哚啉-2-酮)(M1)及其异构体6-溴-3-((Z)-4-(((Z)-6-溴-2-((2-辛基十二烷基)氧)-3H-吲哚-3-亚基)甲基)苯亚甲基)-1-(2-辛基十二烷基)吲哚啉-2-酮(M2)两种单体。由于分子骨架内存在弱相互作用的O…S键,整体上使分子骨架共平面性变好,π电子离域程度提高,从而载流子迁移率提高。以新型异靛蓝为电子受体单元与苯并二噻吩(BDT)电子给体单元共聚得到两种宽带隙的D-A聚合物给体材料PITTIBDT和PiITTIBDT。PITTIBDT和PiITTIBDT与富勒烯受体(PC71BM)共混做成反式器件效率分别达3.99%和2.59%。最后对两种异构体材料的光学、热稳定性、电化学和光伏等性能进行了比较。