现代社会，人类的生产生活需要大量的能源。目前广泛使用的化石能源（如煤，石油，天然气）具有不可再生，容易造成环境污染等缺点。为了经济社会的可持续发展，寻找可再生的清洁能源就显得颇为必要。其中太阳能由于具有清洁无污染，来源广泛，取之不尽用之不竭等特点而受到人们的广泛关注。由于太阳能的能量密度低很难直接应用，如何把太阳能转化为可以直接应用的能源成为人们最关心的问题之一。其中把太阳能转化为电能的太阳能电池在近年来颇受青睐。　　目前最常见无机硅太阳能电池由于生产成本高，对环境危害大等缺陷而限制了进一步地大规模应用。而有机太阳能电池由于原料来源广泛，可溶液加工，柔性可折叠等特点近年来吸引了越来越多的关注。目前传统的基于富勒烯受体的有机太阳能电池已经获得了超过11％的光电转化效率。尽管如此，但该类电池使用的富勒烯受体形貌稳定性差，能级难以调制且吸收弱。为了克服这些缺陷，非富勒烯受体在近年来得到了快速的发展。然而基于非富勒烯受体的太阳能电池的能量转化效率还不够高，高性能的受体材料种类还比较少。为了解决这些问题，本论文主要通过优化材料设计和器件制备工艺来制备高性能的非富勒烯太阳能电池，取得的主要研究成果如下:　　1.ITIC的高效率引发了人们对非富勒烯太阳能电池的广泛关注。为了进一步改进ITIC的光伏性能，我们将ITIC侧链苯基上的烷基从对位变为间位得到了新的窄带隙受体m-ITIC。与ITIC相比，m-ITIC的吸收系数和迁移率都有一定程度的提高。以中等带隙的J61为给体制备的光伏器件具有高达11.77％的光电转化效率，这也是当时文献报道的最高效率之一。相比于基于ITIC的器件，基于m-ITIC的器件的短路电流密度、开路电压和填充因子都得到一定程度的提升。另外，基于m-ITIC的器件的光电转化效率对膜厚更不敏感，这有利于将来的工业化生产。因此，在提升太阳能电池的光电转化效率方面侧链工程是一种非常简便而有效的方法。　　2.进一步，我们将这一方法应用到对聚合物受体的优化上。类似的，将P(IDT-NDI)中给体单元IDT侧链苯基上的烷基位置从对位变为间位得到了新的聚合物受体m-P(IDT-NDI)。将它们分别与中等带隙的聚合物给体J52匹配制备全聚合物太阳能电池，其中基于m-P(IDT-NDI)的器件获得了高达7.03％的能量转化效率，而基于P(IDT-NDI)的器件的效率只有5.61％。效率的提升主要得益于短路电流密度和填充因子的提高，这主要与基于m-P(IDT-NDI)的器件更高的载流子迁移率和更少的电荷复合行为有关。这也再一次说明了侧链烷基异构化对于有机太阳能电池的效率提升的重要意义。　　3.使器件效率提升的方法除了分子结构的优化之外还有器件加工方面的优化。基于这个考虑，我们初步探究了添加剂对器件光伏性能的影响。以小分子SM1和DR3TBDTT为受体，强吸收的聚合物PZ1为受体构筑了基于小分子给体和聚合物受体的新型非富勒烯太阳能电池。使用添加剂优化后，基于DR3TBDTT(或SM1)的器件的效率从原来的接近于0提升到5.86％（或3.97％）。效率的提升主要得益于活性层形貌的改善带来的激子电荷分离效率和载流子迁移率的提高。需要说明的，5.86％也是当前文献报道的基于小分子给体和聚合物受体的有机太阳能电池最高能量转化效率。显然，这里还有一些因素如孪生复合等限制了器件效率的进一步提高，我们还需要进一步的工作去深层次地探究限制效率的因素。　　4.全聚合物太阳能电池由于稳定性高，成膜性好以及柔性可折叠等优势，因而具有很大的发展潜力。目前对于全聚合物地研究主要使用弱吸收的聚酰亚胺类受体。本课题组报道了一种具有强吸收的聚合物受体PZ1。为了探究给体和受体地取代情况对于全聚合物太阳能电池地光电转换效率地影响。我们以PBDB-T同硫烷基和氟原子取代的PBDB-T-SF为给体，PZ1和双氟取代的PZ1-2F为受体制备了一系列全聚合物太阳能电池。取代使得给体和受体的能级和迁移率都有一定程度的降低。因此在这四种器件中基于PBDB-T:PZ1和PBDB-T-SF:PZ1-2F的器件具有最高的能量转化效率（9.19％和9.0％），主要得益于更有效的电荷收集，更平衡的载流子迁移率或者给体HOMO能级的提高。因此，合适的给受体匹配有助于器件光伏效率的提升。