自1976年有机半导体聚合物被发现以来,其在学术界与工业界都引起了广泛的兴趣,全新的研究与开发领域由此展开,代表性的如有机小分子和聚合物太阳电池领域。有机小分子和聚合物太阳电池由于具有轻质、柔性及可大面积生产等优势而受到科学家们广泛的关注。自从2003年,研究者们在众多领域中展开研究工作,例如设计并合成新型活性层材料,使用各种方法优化活性层的形貌,深入探索器件机理,设计新型的器件结构和使用界面材料优化界面,制备大面积的器件和提高器件的稳定性等方面进步迅速。基于这些发现,文献报道的器件效率逐步提高,至目前为止,单结OPVs器件效率已超过10.8%。然而,在众多提高OPVs光电转换效率的工作中,活性层材料的开发是最基础的研究课题。因此,如何通过化学合成的方法设计并合成一系列新型有机小分子和共轭聚合物并用于太阳电池的活性层材料中是每个化学研究人员不断探索的课题。本论文旨在通过新型的化学合成手段,将一些常见的有机太阳电池活性层材料的构筑单元进行组装,优化,调控,从而开发出一系列新型的有机小分子和共轭聚合物,同时,深入研究了化学结构的变化与光伏器件性能的关系,为今后新材料的设计提供重要参考,意义重大。在目前有机小分子太阳电池活性层材料结构体系中,三苯胺小分子是其中的一个重要体系。三苯胺小分子化学合成简单,原料便宜,且可以进行后期的化学修饰。因此在第二章,我们设计并合成了一系列基于三苯胺的小分子,通过引入不同程度的吸电子单元,打破三苯胺分子的对称性,从而把不同的ICT吸收带结合起来以获得更宽的吸收光谱。通过这项工作,首次提出三苯胺分子三维不对称性的概念,将三种吸电子能力不同的单元引入到同一个三苯胺分子中。同时创造性地合成了一个新的吸电子单元。尽管最终不对称性三苯胺分子的器件性能不是很理想,但是这种分子设计理念对于扩宽吸收光谱,更好地捕获太阳光是具有深远意义的。在第三章,我们又对有机小分子太阳电池活性层材料结构体系中的另一个研究热点—低聚物分子进行了深入研究。我们首次将“一锅法”合成方法应用于有机小分子太阳电池领域,设计合成了两类低聚物,一类是无定形的,一类是半结晶的。这两类低聚物的热学性质,光学性质,电学性质,载流子传输性质,以及基于这些低聚物的光伏器件性能都被系统地研究,此外通过原子力显微镜,掠入式X射线衍射等表征技术,我们对低聚物的微观结构进行了详细的分析以评估低聚物的分子结构对于活性层形貌的影响。这一工作对于我们今后设计合成有机小分子太阳电池的活性层给体材料来说有重要的指导意义。无定形的聚合物可以利用电荷沿着聚合物的长主链进行传输而保证一定的载流子迁移率,从而确保较优的光伏性能。而对于小分子来说,由于其分子链较短,因此其一定要具有高结晶性,从而使电荷沿着分子间的π-π堆积方向进行有效传输,从而提高空穴迁移率和光伏性能。在第四章,我们又将研究重点从有机小分子领域转移到聚合物领域中来。我们研究的聚合物与传统的D-A聚合物不同,是一种受体悬挂式共轭聚合物。我们将萘二并噻二唑这种由两个苯并噻二唑单元稠合而成的构筑单元引入到聚合物的侧链中,利用萘二并噻二唑单元平面性较优,吸电子能力较强的特点,扩宽聚合物的吸收光谱,优化聚合物的能级结构,增加载流子的迁移率,从而提高聚合物的光电转换效率。通过这项工作,我们丰富并发展了受体悬挂式共轭聚合物体系,同时也证明了萘二并噻二唑单元在线性聚合物和受体悬挂式聚合物中的双重应用价值。在第五章,我们又进一步研究了聚合物材料体系中的另一个研究热点—D-A1-D-A2型聚合物。为了开发具有近红外吸收的D-A1-D-A2型聚合物,我们将吡咯并吡咯二酮(DPP)单元引入到我们聚合物当中来,设计并合成了5种D-A1-D-A2型聚合物,并详细研究了给电子共轭链的长度对聚合物光学性质,电学性质,给受体的能级差,最终器件的驱动力以及光电转换效率的影响。通过这项工作,关于化学分子结构-驱动力-器件性能之间的关系得以初步建立,为设计新型的光伏材料在驱动力的调控方面提供了一些有价值的参考。