在对可再生能源需求越来越急迫的当今，光伏能源越来越受到科学及工业界的关注。溶液可加工有机太阳能电池具有原材料来源广泛、制各工艺简单、能耗低、柔性、材料种类众多等特点，近年来成为研究热点。目前溶液可加工太阳能电池的效率达到11％左右，为了达到工业量产化需求，设计并合成出具有强吸收、合适能级、优良电荷传输性能的新材料是值得研究的。目前常用的有机材料的修饰基团包括共轭基团和烷基链。共轭单元的作用是使材料能够吸光，并且传递载流子，一般认为有机太阳能电池的共轭单元为7-9个噻吩或者苯环，共轭单元过少会使得分子平面性差，不能有效利用太阳光。共轭单元太大则有可能使分子聚集能力过强，不利于形成有效的相分离。因此，研究共轭结构与分子性能之间的关系是一个新的需要被细致研究的构效关系方面的方向。一般烷基链的作用是调整材料的溶解度以及堆积特性。　　本研究主要内容包括：⑴通过改变苯并二噻吩共轭骨架，获得提高的激子产生速率和载流子收集效率。研究分子结构与器件性能的关系非常重要，对于分子结构，我们在这里定义一个有机小分子太阳能电池材料的结构参数，δ值，为支链上的五元或者六元芳香环与主骨架上的五元或者六元芳香环之比。当苯并二噻吩主骨架芳香环个数减少，支链芳香环个数增大时，δ值相应增大。在异质节中，使用富勒烯PC61BM作为受体，当δ值增大，给体的相尺寸从39 nm减小到30 nm和15nm，变得越来越接近有效激子扩散距离。因此，更多的激子可以到达给受体表面，在这里变成载流子。最大的电子-空穴对产生速率从7.0×1027 m-3s-1上升到7.3×1027 m-3s-1再到7.7×1027 m-3s-1。同时，随着δ值增大，空穴和电子的迁移率增大，抑制了单分子和双分子复合，产生了更高的载流子收集效率。相应的，随着δ值逐渐增大，最终短路电流密度提高(9.76mAcm-2→11.00mAcm-2→12.17mAcm-2)，填充因子提高(0.480→0.558→0.621)，最终得到提高的效率。⑵通过在苝二酰亚胺湾位引入共轭基团，调控分子的吸收和聚集能力，获得较高的电流。我们制备了一系列溶液可加工的苝二酰亚胺单体小分子受体。这些受体的合成是利用大π体系的苯并二噻吩单元在湾位修饰。将O-PDI-O分子上的烷基链取代基用苯并二噻吩单元替换，得到B-PDI-O和B-PDI-B分子。这个修饰方法为提高光伏性能提供了两个来源。第一是分子的吸收发生红移，可以吸收P3HT给体不能利用的650到800nm的太阳光的能量，增大薄膜吸收与太阳发射光谱的重叠。另一个方面是分子的维度增加，产生扭曲的构型和减弱分子聚集能力，从O-PDI-O到B-PDI-O再到B-PDI-B分子，分子的相尺寸从0.5 um以上减小到100nm左右再减小到20nm左右。结果，相对于O-PDI-O器件中较低的光伏转化效率，B-PDI-O和B-PDI-B分子的器件效率分别提高到0.44％和1.7％。我们的结果展示了一个通过同时调控吸收和聚集能力来获得小分子受体光伏效率的提高的方法。⑶通过在苝二酰亚胺共轭骨架上引入不同烷基链，来调节分子相形貌和迁移率，最终得到较高的效率。我们制备了EG、Bu和EH三个分子的小分子太阳能电池。从分子构型看，EG、Bu和EH三个分子的苝平面和中间连接的噻吩单元都有45-50°的夹角。苝二酰亚胺平面因为分别被噻吩和烷基链取代发生扭曲，对应的两个萘平面夹角在15-20°。位于萘环上的烷基链取代基略伸出共轭平面，角度在3-6°。从EG、Bu到EH，三种扭曲角都增大。这种扭曲的构型导致分子平面性减弱，不利于分子堆积。从原子力图可以看出，从EG到Bu再到EH，异质节表面变得越来越平整，其表面粗糙度(Rq)分别为0.266、0.235和0.169nm。给受体两相的相尺寸越来越小，说明分子的聚集能力减弱。这与理论模拟结果一致。因子分子间的ππ相互作用减小，最终导致分子的结晶性减弱，相分离减小。同时，最优器件的空穴和电子的迁移率减小。最终，导致降低的效率(2.05％→1.00％→0.91％)。