本论文系统的阐述了有机太阳能电池的发展历程,并着重介绍了非分子内共价键作用、吡咯并吡啶二酮(DPP)受体单元在小分子光伏给体材料设计中的实际应用。针对当前基于DPP受体单元的小分子光伏给体材料的开路电压、载流子迁移率以及能量转换效率偏低等缺点,本论文在给体材料内引入具有强电负性的原子,通过分子内/分子间构筑非共价键作用,有效的优化了材料能级,促进了材料分子间的π-π堆积作用和自组装性能,从而提高了基于给体材料光伏器件的短路电流、器件开路电压、载流子迁移率和器件能量转换效率。通过lHNMR、13C NMR和质谱等对目标化合物的结构进行了表征,并通过紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、热失重分析(TGA)和循环伏安(CV)等方法研究了有机小分子材料的光物理、热稳定性和电化学性能。制作了基于所合成的有机小分子材料构筑的太阳能电池器件,研究了不同结构的材料对其光伏性能的影响。本论文设计合成了四个有机小分子给体材料,系统的研究了分子结构对器件性能的影响,主要研究内容如下:1、设计并合成了一类基于DPP受体单元的A-D-A型共轭小分子DFPh(DPP)2和DFDT(DPP)2,其分别以氟化后的苯(DFPh)及联噻吩(DFDT)为中心给体核。系统研究了他们的热稳定性、分子结晶性、光物理、电化学、分子平面性及光伏性能。研究发现:在A-D-A型小分子中心核上引入F原子,不仅可以有效的调节分子能级、改善分子间的堆积、增强分子的自组装性,还可以有效的提升器件的开路电压、短路电流和填充因子,从而获得了更好的光电转换效率。以弱电子给体DFPh为核的DFPh(DPP)2展现出更低最高占据轨道能级(HOMO能级),获得了更高的开路电压(0.97 V),而以具有更强给电子能力更长共轭单元的DFDT为核的DFDT(DPP)2表现出了更加优异的紫外可见吸收和更好的π-π堆积,因而获得了更高的短路电流12.60 mA cm-2和填充因子72.6%,获得了更高的光伏器件效率(PCE达到了 7.87%。这是基于DPP为末端受体单元的A-D-A型有机小分子光伏效率最高之一。初步研究表明,将氟原子引入到刚性骨架中心,能有效地提高A-D-A型有机小分子光伏性能。2、设计合成了两个(A-Ar)2D构型的应用于有机小分子太阳能电池(SMOSC)的高性能窄带隙给体小分子DMPh(DPP-Py)2和DFPh(DPP-Py)2。两个小分子以芘基(Py)作为末端基团,电子受体单元吡咯并吡咯二酮(DPP)作为线性支臂,分别以1,4-二甲氧基苯基(DMPh)、1,4-二氟苯基(DFPh)作为刚性给体中心核。我们研究了氟-硫(F…S)、氧-硫(O…S)原子间非共价键作用对于分子吸收光谱、分子能级、给受体共混形貌、空穴迁移率和光电性质进行了研究。与甲氧基化的DMPh(DPP-Py)2相比,氟化的DFPh(DPP-Py)2表现出了更低的HOMO能级,与PC71BM更优的共混形貌,以及更高的空穴迁移率。最终,基于DMPh(DPP-Py)2和DFPh(DPP-Py)2分子的OSCs的器件分别获得了 5.47%和7.54%的PCE。而DFPh(DPP-Py)2分子的光伏器件获得了一个更高的器件效率主要是由于Voc(0.77 V)、Jsc(15.3mAcm-2)、FF(64%)的一起提升造成的。研究结果表明,在(A-Ar)2D构型的分子共轭主链上的引入氟原子更加有利于构筑高效率有机光伏给体材料。本论文研究表明,分子设计对于获得稳定性高、光伏效率高的有机小分子光伏材料具有重要的作用。通过对不同的中心核单元进行修饰,达到了优化材料光伏性能的目的。对于探索基于DPP结构单元的有机小分子的分子结构对材料的光伏性能的影响、探索提高有机小分子材料光伏效率的途径和获得新型的高效有机小分子光伏材料具有积极的现实意义。