基于有机半导体材料的新一代光伏器件具有质轻价廉、可大规模溶液加工、可应用于柔性器件等优点,成为传统晶硅太阳电池的竞争对手,其中钙钛矿太阳电池和有机太阳电池这两种技术具有很好的应用前景,众多新型有机半导体材料被研发出来推动研究的发展。本论文在绪论中简要总结了目前先进的有机半导体材料,然后按章节介绍了我们设计合成的三种新型有机半导体材料。针对钙钛矿太阳电池我们设计并合成了一种基于三聚茚内核的具有平面盘状结构的空穴传输材料Trux-OMeTAD,材料良好的平面性促进了分子间的π-π堆积作用,使得材料的空穴迁移率达到10-3 cm2/Vs,应用无掺杂剂的Trux-OMeTAD传输层的p-i-n型钙钛矿太阳电池器件能达到18.6%的效率,同时器件的迟滞现象非常弱,在文章发表时Trux-OMeTAD是最高效率的空穴传输材料之一。针对有机太阳电池我们设计合成了两种基于硫氮杂并六苯内核的非富勒烯受体材料SN6IC和SN6IC-4F,sp2-N原子的引入提升了稠环片段的给电子能力,使材料的吸光更加红移;而N原子与稠环平面垂直的p轨道上的孤对电子能参与稠环片段的共轭,降低器件的能量损失。最终由SN6IC-4F与PBDB-T共混得到的有机太阳电池器件的光电转换效率可达13.2%,电压损失也仅为0.54 eV,在文章发表时为非常优秀的性能。为了降低受体材料的合成成本,我们设计了一种基于3,4-乙烯二氧噻吩片段的骨架非稠合的受体材料EB4F,通过一系列S…O和O…H的原子间相互作用将分子锁定在一个平面内,通过简单的结构实现了稠环结构相同的作用。我们还优化了反应条件以提高产率和反应速率。基于EB4F受体和PBDB-T给体共混膜的有机太阳电池器件的效率为6.89%。本论文报道了三种高效的新型有机半导体材料的设计与合成,阐明了材料与器件的构效关系,提出了三种先进的材料设计策略,可供今后研究作参考。