绿色植物通过光合作用能够高效地将太阳能转换成为化学能，在这一过程中叶绿素对于太阳能的吸收以及电荷的转移有着至关重要的作用。在本论文中，我们选取叶绿素的基本结构单元——卟啉作为研究对象，希望通过系统研究丰富卟啉类化合物结构，探索结构性质关系，为卟啉类化合物的应用提供基础的数据。卟啉类衍生物在近紫外区（400~500nm）和可见光区（500~700nm）对太阳光都有较强的吸收，适合在太阳能电池中作为全光谱响应的材料。同时卟啉类衍生物具有较好的光、热和化学稳定性，以及高的摩尔吸光系数，因此在能量转换及光电催化等领域具有广阔的前景。目前，卟啉类材料在有机太阳能电池中的应用已经取得若干重要进展：例如基于卟啉单体染料分子的染料敏化电池的光电转换效率（PCE）达到了13%，基于卟啉的有机异质结太阳能电池的PCE达到了7%。但是为了满足异质结太阳能电池制备及提高效率的基本要求，卟啉分子需要具备良好的溶解性、高迁移率和适合的能级结构，卟啉分子需要引入不同的结构复杂的取代基团，因此合成步骤较多、产率较低，限制卟啉材料在有机光伏器件中的进一步发展。鉴于卟啉类衍生物在有机小分子异质结太阳能电池应用中存在的问题，本论文重点开展了以下几方面的研究：1.设计合成一系列中位三苯胺取代且中心含有不同金属离子的卟啉化合物，合成简易、产率较高。从分子的综合性能上分析，三苯胺基团的引入有效地提高了卟啉分子的柔性，进而增大了溶解性；另一方面三苯胺基团具有强的给电子能力和空穴传输性质，能够增强整个卟啉分子的给电子能力，形成电荷传输性质较好的给体材料。不同金属配位后，卟啉分子的光物理性质，电化学性质，电荷传输性质和表面形貌发生显著的变化，研究发现Pd（II）引入后，使得分子的HOMO降低，空穴传输能力提高，激子寿命增加，多方面的协同作用使得基于PPd和PC61BM的有机光伏器件的效率有了显著的提高。结果表明通过合适的选取中心金属离子和取代基团，可以对卟啉分子的性质进行有效地调控，为以后溶液加工的有机小分子异质结太阳能电池材料的设计提供了新的思路。2.通过设计方向性的分子间作用力实现对相分离结构的调控。我们选择苝酰亚胺类化合物PBI-1作为受体材料，PBI-1分子的湾区被四个烷氧基取代，整个分子的构象变得扭曲，有利于提升分子的溶解性，而PBI-1分子的端基处有两个N-H基团，可以诱导PBI-1分子间通过氢键的相互作用形成纳米线状的J-聚集结构。同时我们选择卟啉类化合物Zn-mTNP作为给体材料，Zn-mTNP分子整体呈现出大的平面结构，中位引入的四个三苯胺基团和在卟啉环中心引入的Zn（II）离子可以有效地增加卟啉化合物的溶解性。通过调节受体分子PBI-1的超分子相互作用，包括氢键和π-π堆积，得到了尺度可控的纳米线状的聚集结构，当与给体材料Zn-mTNP混合制备异质结光伏器件时，卟啉材料包覆在苝酰亚胺形成的线状聚集体的周围，形成了较好的相分离结构，为理想相分离结构的实现提供新的手段和方法。3.在本章中我们设计合成电聚合活性基团取代的金属卟啉化合物作为聚合前体，然后通过循环伏安的方法，制备了相应的电聚合薄膜。一方面在ITO基底上制备Zn-mTNP和Zn-mTCPP的聚合薄膜，作为光伏器件的阳极界面修饰层，发现电聚合金属卟啉薄膜能够调节界面的功函数；另一方面，设计选取贵金属（Pt）取代的金属卟啉化合物Pt-mTNP，制备了电聚合金属卟啉薄膜充当贵金属（Pt）催化氧化甲醇的支撑层，有效地提升了电极的催化效率。通过以上的工作，研究三苯胺和咔唑基团取代卟啉化合物的电聚合行为，初步探索电聚合卟啉薄膜的结构性质关系。