聚合物光伏材料的结构设计和器件优化是提高聚合物太阳能电池能量转换效率的主要手段。通过主链和侧链的结构设计,可以有效地调节聚合物光伏材料的吸收光谱、消光系数、分子能级、空穴迁移率等诸多性质。本文就选取了两类典型的聚合物光伏材料,通过对这两类材料进行主链和侧链结构设计及器件优化,有效地提高了它们在聚合物太阳能电池中的表现。主要研究结果如下:1.在基于DTG单元的共轭聚合物中通过主链设计合成了四种聚合物光伏材料,并系统地研究了这些聚合物的光电属性、结晶性以及它们在聚合物太阳能电池中的应用。研究表明,通过主链设计可以有效地优化这类聚合物的光伏属性,为这类材料的结构设计提供了有益的参考。2.通过在聚合物材料PB1的侧链中引入烷硫基官能团设计并合成了聚合物PB1-S。与PB1相比,含有烷硫基侧链的聚合物PB1-S具有更高的摩尔消光系数和空穴迁移率,并在聚合物太阳能电池中表现出大幅提高的短路电流密度和能量转换效率。3.在基于BDT单元的共轭聚合物中同时进行主链和侧链的结构设计,合成了一系列光伏聚合物。系统地研究了这些材料的基础性质和在新型非富勒烯太阳能电池中的应用,获得了10.49%的能量转换效率。4.对基于PB1:IT-M的高效率非富勒烯太阳能电池进行了界面优化的研究。通过对比研究阴极界面PFN和PFN-Br在器件中的不同表现,提出了非富勒烯太阳能电池阴极界面的传输机理,为这种新型的太阳能电池阴极界面的选择提供了参考。