在过去的30年中,有机太阳电池因其在构建柔性、半透明器件方面的巨大潜力而成为了关注的焦点。目前为止,绝大部分高效的有机太阳电池的活性层都是采用本体异质结(给体与受体自发分离形成纳米尺度的互穿网络)来构建的。近些年来,非富勒烯受体发展迅猛,基于小分子受体的二元单结有机太阳电池的能量转换效率已经超过了16%。在非富勒烯受体中,那些包含较大刚性π共轭骨架(比如苝二酰亚胺)的分子通常倾向于形成较大的结晶聚集相区,这当然是有利于迁移率的提高,但是却不利于激子解离。因此,苝二酰亚胺类小分子受体大部分被设计成非平面或准三维结构,从而抑制过度自聚集。同时,基于聚合物受体的有机太阳电池(或全聚合物太阳电池)由于杰出的机械性能受到越来越多的关注。其中,N2200得益于其高电子迁移率和高电子亲和势最为出名,通过与合适的给体匹配,基于其的全聚合物太阳电池能量转换效率已经超过10%。尽管取得了不错的效率,但是N2200也受聚集倾向过强的困扰,通常需要热甩来缓解这个问题。本论文中,我们将广泛用于苝二酰亚胺类小分子受体的分子设计策略应用到聚合物受体的设计中。我们设计并合成了一系列聚合物受体:扭曲的苝二酰亚胺被悬挂于侧链上,更缺电子的萘二酰亚胺在主链上。这样设计的目的是为了使主链的最低未占分子轨道能级低于苝二酰亚胺,从而保证电子可以沿着聚合物主链传输而不被俘获。侧链上扭曲的苝二酰亚胺赋予了最终的聚合物:减小的聚集倾向、多维度的电荷传输性质、拓宽的吸收带。第二章:我们通过将苝二酰亚胺连接到(萘二酰亚胺/喹喔啉)-(2,2’-联噻吩)的聚合物骨架上,制备了一系列无规共聚物。通过调节喹喔啉/萘二酰亚胺的比例,悬挂的苝二酰亚胺对光学、电化学、光伏性能的影响被探究了。不幸的是,随着喹喔啉比例从0增加30%,聚合物的光伏器件效率从5.21%逐渐降低到3.28%。第三章:我们将上一章中的2,2’-联噻吩替换为噻吩并[3,2-B]噻吩,所获得的新系列的聚合物的光伏器件效率随着喹喔啉比例的增加而增加。原子力显微镜图像表明:相比于参比交替共聚物,所有的无规共聚物与给体的相容性都显著提升。这个结果与空间电荷受限电流法测得的电子迁移率提升的趋势是一致的。基于高含量悬挂苝二酰亚胺的无规共聚物的全聚合物太阳电池最高获得了4.81%的光伏效率。尽管苝二酰亚胺与聚合物主链几乎不共轭,但是它仍然对光电流有所贡献。第四章:我们将上一章中的喹喔啉替换为苯并[1,2-B:4,5-B’]二噻吩,而且我们通过光环化反应将依靠单键连接苝二酰亚胺的聚合物转化为基于稠合苝二酰亚胺的聚合物,并且比较了两者光学、电化学、光伏性能的差异。基于悬挂苝二酰亚胺的聚合物的光伏器件的能量转换效率是基于稠合苝二酰亚胺聚合物的3倍。这个结果可以从后者的原子力显微镜图像中的彼此不连续、相互分离的独立相区的证据上获得理解。