有机太阳能电池材料因其成本低、重量轻、易加工、柔韧性好、对环境友好和适合大面积生产等优势,在近年来备受关注。异质结型太阳能电池将供、受体材料相结合形成双连续空间网状结构,可以增加供、受体接触面积,利于激子在界面的分离,因而可以有效提高器件的光电转换效率。有机小分子和聚合物作为供体材料被广泛应用于异质结型太阳能电池。目前,以聚合物材料为基础的电池器件效率已超10%,但聚合物材料提纯难和多分散性等因素不利于光电效率的进一步提升。相反,有机小分子材料具有明确的分子结构,易纯化,重复性好和较方便的结构修饰等优点而备受科研工作者青睐。目前,以有机小分子材料为基础的器件效率已超10%,但离实际的商业化应用仍有一定距离。因此,设计和合成高效率的有机小分子材料是目前该领域研究的重点。本论文以有机小分子材料为研究对象,应用量子化学理论及方法系统研究物质结构与性质的关系,从微观角度深入分析结构的微小调试对分子光电性质的影响,从而为实验上设计和合成高效率的材料提供一定理论依据和指导。本论文主要内容包括以下两部分:第一部分:研究了终端吸电子单元对D-π-A型分子性质的影响。我们应用量子化学方法系统研究了一系列以D-π-A-A型结构为基础的供体材料在异质结型太阳能电池中应用。为了更好的了解末端吸电子单元对D-π-A型分子光电性质的影响,我们深入分析分子的基态结构,光谱吸收,前线轨道能级,分子内电荷传输,激子结合能和界面间激子分离速率等相关性质参数。计算结果表明:终端吸电子单元的修饰可以有效提高分子光捕获能力,分子内电荷传输性质和激子在界面的分离速率。通过Scharber模型,我们设计的分子效率可达到8%以上,是一种潜在的高效率材料。因此,终端结构修饰是一种有效的提高光电效率的策略,该结果为实验上设计和合成高性能材料提供一定借鉴。第二部分:研究了奇-偶效应对齐聚物小分子材料光电性质的影响。在异质结型太阳能电池中,以噻吩材料为基础的A-D-A型小分子作供体,重点揭示其光电效率的奇偶效应特点。影响效率的因素众多,为了从本质上探索噻吩单元的奇偶数变化是如何影响其效率,我们应用量子化学方法从微观角度系统研究了分子的结构,前线轨道能级,吸收光谱,分子内电荷传输,激子的分离以及载流子迁移率等相关性质参数。计算结果表明:体系的开路电压和光捕获效率没有奇-偶效应特征;分子内电荷传输,基态与激发态的偶极矩变化,异质结界面的激子分离速率和供体材料的载流子迁移率表现出明显的奇-偶效应特点,该结果很好地印证了实验上短路电流的奇-偶效应特点。奇-偶效应产生的根本原因应归因于分子的结构对称性和分子间堆积方式。