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有机太阳能电池具有成本低、质量轻、机械柔性、可大面积印刷制备等优点,引起了科学领域的广泛关注。本论文从小分子给体材料设计及器件优化两个方面出发,提高有机光伏器件的能量转换效率。一方面设计合成窄带隙且能级匹配的小分子给体材料,另一方面从活性层形貌调控、界面层修饰等方面优化器件制备工艺进行。各部分摘要如下:一,在电子受体-电子给体-电子受体（A-D-A）型小分子的结构基础之上,分别从中间电子给体单元（D）和末端电子受体单元（A）出发,通过提高分子的HOMO能级和降低分子的LUMO能级两种方法,设计合成了两个窄带隙小分子给体材料,DR3TDTN和DTB3TCz。以给电子能力较强的双噻吩并吡咯作为中间电子给体单元的小分子DR3TDTN表现出较高的HOMO能级（-4.74 eV）和窄的光学带隙（1.49 eV）,该化合物具有很宽的吸光范围（300-820 nm）。基于DR3TDTN:PC71BM的太阳能电池获得了3.03%的器件效率,其开路电压较低,仅有0.67 V。以吸电子能力较强的硫代巴比妥酸作为末端受体单元和给电子能力较弱的咔唑为中间核的小分子DTB3TCz具有较低的HOMO能级（-5.16 eV）和LUMO能级（-3.56 eV）,以及相对较窄的光学带隙（1.60 eV）。基于DTB3TCz:PC71BM的光伏器件获得了较高的开路电压（0.91 V）和短路电流密度(11.80 mA cm-2),能量转换效率达到5.26%。二,溶剂蒸气退火的方法被成功应用于基于小分子给体材料的活性层形貌的调节。对于DR3TBDTT:PC71BM共混薄膜,选用二硫化碳、氯仿、四氢呋喃和二氯甲烷作为退火溶剂,并系统研究了退火溶剂对活性层形貌及光伏性能的影响。使用对DR3TBDTT和PC71BM溶解性能很好的氯仿和二硫化碳进行溶剂蒸气退火处理,有利于活性层中的DR3TBDTT和PC71BM分子的结晶与堆积,提高给体材料和受体材料相分离尺度和相纯度,从而实现更高的光伏性能。以氯仿和二硫化碳为退火溶剂的光伏器件分别获得了9.12%和9.58%的能量转换效率。接下来,将溶剂蒸气退火与热退火相结合,调节DRCN5T:PC71BM共混薄膜的形貌。与未经退火处理的光伏器件相比,经过两步退火处理的器件获得了更高的短路电流与填充因子,光伏器件的效率由3.51%提高到10.08%,该效率是目前小分子有机太阳能电池的最高值。三,以尺寸均匀和导电性良好的石墨烯量子点（GQDs）取代传统的PEDOT:PSS作为空穴传输层材料制备了有机光伏器件。以GQDs薄膜作为空穴传输层,基于P3HT:PC61BM和DR3TBDT:PC71BM为活性层的光伏器件分别获得了3.51%和6.82%的能量转换效率,与以PEDOT:PSS作为空穴传输层的器件的效率相当。与以PEDOT:PSS为空穴传输层的器件相比,以具有良好的热稳定性和化学稳定性的GQDs为空穴传输层的光伏器件具有更好的器件稳定性。以上研究结果为制备高效率且高稳定性的有机光伏器件提供了重要思路。