有机太阳能电池(OSCs)由于有质轻、低的加工成本、可大面积制备和良好的机械加工性能等优点为其作为可再生能源提供了可能。可溶液加工的小分子给体材料有确定的分子结构和分子量、高的纯度、良好的加工重现性而成为良好的聚合物替代物。目前有机小分子太阳能电池的研究主要以设计新的有机小分子给体,优化器件工艺,提高光电转换效率为主。在此过程中,还有一些基本问题亟待解决,如卤素原子对小分子的能级,分子排列和堆积的影响；烷基链的不同对分子成膜性和形貌的影响；有机小分子给体材料单分子的电导率对可见光的敏感度等。本论文主要致力于以光敏受体单元吡咯并吡咯二酮(DPP)为骨架,设计不同的给体(D)、受体(A)单元的D-A-D和A-D-A小分子体系,并对这些新材料的物理和化学性质进行研究。重点探讨卤素原子,烷基链取代等因素对小分子给体材料光电转换效率的影响。具体内容包括以下几个部分：1.以DPP结构单元设计并合成了D-A-D类型的含不同卤素及烷基为末端基团的有机小分子太阳能电池给体材料FDPP, CDPP和RDPP。通过对三个分子进行系统的比较以研究卤素取代对有机小分子给体材料光电性质的影响。我们对三个分子进行了热稳定性,吸收光谱,载流子迁移率,薄膜形貌和光电转换效率的研究。结果表明通过改变末端基团可以显著改变分子的物理性质和光学性质,末端F原子的引入使得FDPP分子之间可能存在C-F…H, F…S和C-F…πF相互作用,使得FDPP有更强的热稳定性和结晶性；另外电负性的F原子还导致FDPP分子展现出了较低的HOMO和LUMO能级,与PC71BM共混后制备的光伏器件显示出了更高的开路电压和短路电流密度。而引入Cl原子表现出较低的溶解性,器件效率偏低。末端可溶性烷基的引入使分子在基底上有更好的组装能力,其吸收光谱有很好的红移现象,得到较高的光电转换性能。2.设计合成不同烷基取代的以噻吩并吡咯(DTP)骨架作电子给体单元,以DPP结构为受体单元的一系列分子DPP-DTP。四个分子呈现出了相近的热稳定性和溶液态的吸光特性。但是由于烷基取代的不同,分子在薄膜状态下的堆积形态有所差别,而且对不同的活性层处理条件展现出了不同的吸光响应。经过溶剂退火处理后,DPP-DTPC6和DPP-DTPC8B分子表现出了光电转换效率提升,DPP-DTPC7和DPP-DTPC8分子显示出光电转换效率下降的现象。3.设计合成系列以噻吩,硫甲基噻吩,苯胺为末端基团的有机分子导线3-DPP, DPP-SCH3和DPP-NH2,并通过构筑单分子器件研究分子对可见光的响应。三个分子可以与Au基底形成良好自组装,利用扫描隧道显微镜分子断裂结技术研究单分子电导性质。本研究有助于从理论上阐述有机小分子给体材料的光响应和电荷传输性质。4.合成系列三芳胺,三联噻吩及蒽并噻吩的给体单元和修饰的DPP以及噻吩吡咯二酮结构的受体单元。对所得材料TA5的光学性质表征发现,在三苯胺骨架中引入苯并噻二唑结构会引起强的分子内电子转移。本研究将有助于对有机太阳能电池材料中的给受体单元进行拓展。5.我们提出了"intermediate-in-water"策略,在水相体系高效绿色的合成有机半导体苯并呋喃衍生物。反应物和产物非常低的溶解度使得反应在水中不能进行,然而在高温下的碱溶液中,反应物会生成苯酚盐的中间体,可溶的中间体促使化学平衡向产物方向移动,并有很高的反应速度和产率。这类非均相反应有如下的优点：产物易于收集和纯化,广泛的底物适应性,环境友好等特点,为合成苯并杂环类有机半导体材料提供了新的合成策略。