太阳能作为一种普遍存在可以有效利用的清洁能源,引发了无数的关注。有机太阳能电池与传统的无机硅电池相比有成本低、污染小、可制备柔性器件等优势,成为了近年来光伏领域研究的热点。单组分有机太阳能电池（SCOSCs）与本体异质结有机太阳能电池相比效率还明显落后,但因其活性层组分单一,更易实现高稳定的器件,也得到了广泛研究。本论文主要围绕单组分有机太阳能电池的活性材料设计、合成以及其形貌研究展开工作。设计合成了一个以苯并二噻吩（BDT）和苯并二噻吩二酮（BDD）构成的给体聚合物为共轭骨架、苝酰亚胺（PBI）为受体侧链单元并通过碳十二烷基连接的双缆型共轭聚合物,对其热学、光学以及电化学等性质进行了细致表征,并成功应用到单组分有机太阳能电池中。主要内容如下:1.总结了多种单组分有机太阳能电池的活性层材料,比较了几种目前研究比较广泛、被大量报道的材料,初步了解了活性层材料的特性、器件制备工艺、材料表征手法等,学习了单组分材料的基本设计方法。根据本课题组之前的研究成果,在目前最高性能电池器件的给体材料PBDBPBI-S的基础上进行改进,根据给体-受体（Doner-Acceptor,D-A）双缆型共轭聚合物的设计策略,设计合成一种新的以苯并二噻吩为核心的D-A双缆型共轭聚合物。首先合成基于BDT的给体材料,然后通过柔性烷基链将受体侧链PBI连接到给体上。将单体BDD的芳香桥连基团噻吩用硒吩替代后,与BDT共聚,得到了聚合物PBDBPBI-Se。测试发现聚合物的数均分子量M_n为47.1 kg mol^-1,重均分子量M_w为82.4 kg mol^-1,分散性指数PDI为1.75。吸收光谱显示,PBDBPBI-Se具有更宽的吸收光谱,因此应用到单组分有机太阳能电池中有望获得更高的能量转换效率。2.将PBDBPBI-Se作为单组分活性层材料制备有机太阳能电池器件,研究发现,随着退火温度升高,其空穴和电子迁移率都进一步提高。在比较了多个不同退火温度后,最终在230°C下退火时结果最优,J_sc增强至12.68 m A cm^-2,V_oc为0.84V,FF为0.58,能量转换效率为6.25%。J_sc增强是由于基于PBDBPBI-Se的器件的吸收光谱更广泛,而V_oc低是由于PBDBPBI-Se的HOMO能级更低。然后测试了器件的AFM形貌、GIWAXS MAXS晶体学特征等,结果显示,热退火后,薄膜的结晶性增强,晶体结构更有序。