目前,高效有机太阳能电池器件的活性层主要由窄带隙的非富勒烯受体与宽带隙的聚合物给体搭配而成,发展新型窄带隙非富勒烯受体和宽带隙聚合物给体材料是促进有机光伏电池发展的重要手段。本论文围绕有机太阳能电池活性层材料的设计,进行窄带隙非富勒烯受体和宽带隙聚合物给体两个方面的合成与性能研究工作。在窄带隙非富勒烯受体方面,通过对构建单元的选择与设计,分别采用引入π桥和端基修饰,对星型和线型两种不同结构特征的受体进行改进,获得具有窄带隙的星型结构和线型结构的两类稠环电子受体;在宽带隙聚合物给体方面,通过侧链结构调控,发展低HOMO能级并且合成简单的宽带隙聚噻吩衍生物类给体材料。通过系统研究它们的光物理、电化学以及光伏性能,探索分子结构与器件性能之间的构效关系。主要内容概括如下:1、采用强给电子的烷氧基噻吩作为π桥单元,连接星型稠环核心与端基,增强分子内电荷转移以及分子骨架平面性,分别设计合成了以苯并三噻吩（BTT）和三茚并三噻吩（TITT）为稠环核心的两类星型结构的电子受体。首先,采用苯并三噻吩（BTT）为核心、烷氧基噻吩为π桥的BTT-OT-ICF表现出较强的分子内电荷转移（ICT）效应和平面共轭结构,其膜态吸收光谱最大吸收峰位于705 nm,光学带隙为1.56 eV,低于以烷基噻吩作为π桥单元的对比分子的光学带隙（1.77 eV）,其器件的外量子效率（EQE）响应范围也由750 nm拓宽至820 nm,并得到了 13.54 mA cm-2的短路电流密度（JSC）和6.20%的能量转换效率（PCE）。进一步采用TITT结合烷氧基噻吩π桥拓展共轭长度,增强ICT效应,构建了星型结构受体分子TITT-OT-ICF,其最大吸收峰红移至761 nm,获得了 1.47 eV的窄光学带隙,低于含烷基噻吩π桥的TITT-T-ICF（1.61 eV）以及BTT-OT-ICF（1.56 eV）。基于TITT-OT-ICF的器件的EQE光谱响应范围进一步拓宽至880 nm,获得了更高的短路电流密度（16.95 mAcm-2）和更高的能量转换效率（8.23%）。2、采用强吸电子的氰基作为取代基,修饰3-（二氰基亚甲基）靛酮（IC）的不同位置,与二噻吩并吡咯稠并苯并噻二唑（BTP）稠环骨架结合,设计合成了两个窄带隙的线型稠环电子受体BTP-CN1和BTP-CN2。两者最大吸收峰分别位于832 nm和821 nm,光学带隙分别为1.30 eV和1.33 eV。相比于氰基位于γ/δ-位的BTP-CN1,β-位氰基取代的BTP-CN2具有更扭曲的结构和提高的LUMO能级。基于BTP-CN2的器件显示出合适的相分离形态和更平衡的电荷输运,并具有0.88 V的高开路电压和0.45 eV的低能量损失（Eloss）,PCE为12.41%,优于基于BTP-CN1的器件（PCE为11.08%）。进一步,采用氰基修饰的茚满二酮为端基,合成了具有高LUMO能级（LUMO=-3.78 eV）的中带隙（Egopt=1.58 eV）电子受体C1,作为第三组份分别引入BTP-CN1和BTP-CN2的器件。提高的LUMO能级使基于C1的二元器件表现出1.10 V的高开路电压和8.50%的能量转换效率,同时也提升了 PM6:BTP-CN1:C1和PM6:BTP-CN2:C1两组三元器件的开路电压。然而引入C1使共混膜的相分离形貌改变,导致两组三元器件性能产生差异,PM6:BTP-CN1:C1 器件效率由 11.08%提高到了 12.71%,而PM6:BTP-CN2:C1器件的效率下降。3、利用烷基噻吩甲酮的拉电子特性以及其噻吩环的可修饰性,通过高效简单的合成反应,设计合成了以烷基噻吩甲酮以及氯取代烷基噻吩甲酮为侧链的聚噻吩衍生物（PT-0Cl,PT-1Cl和PT-2Cl）作为高分子电子给体材料。三者表现出位于300～650 nm范围内吸收以及1.86～1.90 eV的宽光学带隙。由于噻吩甲酮侧链以及氯原子的吸电子性质,使PT-0Cl,PT-1Cl和PT-2Cl具有较低的HOMO能级,与P3HT相比降低0.18～0.28 eV,有机太阳能电池器件的VOC也由0.66V提升至0.87 V。侧链噻吩上修饰氯原子及其数目不仅能够调控聚合物的能级,而且影响分子间相互作用和结晶性以及电荷传输性能。基于PT-1Cl:Y6的器件表现出最合适的相分离形貌,更高的激子解离效率,减弱的电荷复合以及更平衡的电荷传输,获得了 7.3%的最优能量转换效率。