本论文对有机太阳能电池（OSCs）的工作原理和研究进展进行了简要介绍,并对高效的聚合物给体与非富勒烯小分子受体材料（SMAs）的发展与现状进行了总结。在本体异质结OSCs中,给/受体材料的前线轨道（FMO）能级,互溶性以及由它们共混而成的光敏活性层对光子的捕捉能力、分子聚集方式以及后处理方式等对所得电池的能量转化效率（PCE）有着重大影响。基于此,本论文以合成吸收光谱互补、能级匹配、且有合适的分子聚集的给/受体材料,获得共混膜形态较好的高效OSCs为目标,从调控聚合物给体的共轭侧链、小分子受体材料的核以及末端基团等方面着手,设计并合成了一系列含苯并噻二唑的聚合物给体和小分子受体材料。并通过凝胶渗透色谱、核磁共振氢/碳谱、飞行时间质谱等测试方法对所合成的目标产物进行表征。同时,采用密度泛函理论（DFT）计算、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、循环伏安法（CV）、掠入射广角X射线衍射（GIWAXS）、原子力显微镜（AFM）、透射电子显微镜（TEM）等方法对活性层的光物理、电化学性质和膜形态进行了表征,并对其光伏性能进行了系统地研究。本论文的研究内容主要包括:1.在共轭侧链芳环上氯化是提高分子间相互作用力,获得高效太阳能电池材料的有效策略。我们以苯烷基共轭侧链上有或没有氯原子取代基的两个BDT结构为基础,通过与基于二噻吩并苯并噻二唑的受体单元Stille偶联合成两个宽带隙聚合物给体Z1和Z2。两个聚合物具有相似的吸收光谱和光学带隙,但是,通过AFM、TEM等方法对活性层形貌进行表征发现:相比于没有被氯取代的聚合物Z1,烷基苯间位上有氯取代的聚合物Z2的π-π堆积更紧密、共混膜形态更好。同时,基于Z2的器件的Jsc、FF以及电荷迁移率也更高。因此,基于Z1的OSCs的能量转化效率PCE为12.03%,而基于侧链被氯取代的Z2的电池效率高达15.11%。结果表明,侧链芳环上引入氯原子是设计高性能聚合物给体材料的有效途径。2.我们以具有好的共平面性的BDT单元和高迁移率的苯并噻二唑单元为基础,设计并合成了两个2D聚合物给体材料Z3和Z4。两个聚合物拥有相同的共轭主链结构,但是它们在BDT单元上的共轭侧链不同,因此我们对它们的光物理以及光伏性能等进行了系统地研究。含苯硫基侧链的聚合物Z3具有合适的吸收光谱和能级,但是在Z3结构中额外引入噻吩基团到侧链后,所得材料Z4的π-π堆积强度显著增大,分子过度聚集,致使其所得器件的Jsc和FF较低。结果表明,基于Z3与Y6共混所得的本体异质结OSCs的能量转换效率高达15.12%,这比基于Z4:Y6共混膜器件的效率高出30%。该研究结果表明,2D聚合物给体材料中侧链工程是调节分子聚集态的有效策略。3.为了构建具有好的吸收光谱且不过度聚集的大的稠环小分子受体材料,我们分别以2,5-二氟苯（DFB）和苯并噻二唑（BT）作为吸电子核（A1）,以茚酮衍生物作为吸电子单元（A2）,采用非共价键构象锁的方法合成了两个A2-D-A1-D-A2型小分子受体材料（SMAs）DFB-d IDT和BT-d IDT,并用于制备本体异质结OSCs。结果表明,与吸电子核中的DFB相比,BT单元的引入能在BT和IDT单元之间形成N···S、N···H等多个非共价键构象锁。因此,与DFB-d IDT相比,BT-d IDT具有更好的分子共平面性,更高的HOMO能级,与PBDB-T更加互补且摩尔吸收系数(1.60×105 M-1cm-1)更大的吸收光谱。结果表明,与基于DFB-d IDT的器件(PCE=6.71%,Jsc=15.58mA cm-2)相比,基于PBDB-T:BT-d IDT的有机太阳能电池具有更高的Jsc和能量转换效率(PCE=10.52%,Jsc=18.59 mA cm-2)。结果表明,通过引入合适的缺电子单元构建非共价键构象锁是合成高效的小分子受体材料的有效方法。4.为了探索不同卤素原子对分子聚集、光物理以及光伏性能的影响,我们以基于苯并噻二唑的稠环核为基础,在末端基团上分别引入了一个F、Cl、Br原子,合成了三个小分子受体ZF、ZC、ZB,应用于本体异质结OSCs,并通过UV-Vis、CV、AFM以及GIWAXS等对它们进行了系统地研究。由于卤素的电负性强,所合成的单卤代的受体材料与无卤代材料相比,吸收光谱都表现出明显红移,并且前线分子轨道能级更低。其中,被单溴取代的材料ZB表现出最高的摩尔吸光系数(2.31×105M-1 cm-1),更有序的π-π堆积,更合适的形貌以及更高的电子迁移率。结果,基于PM6:ZB共混膜的电池显示出高达15.23%的能量转化效率,以及高的短路电流密度26.38 mA cm-2,而基于ZF、ZC的器件的效率相对较低,分别为13.36%、14.71%。这些结果表明,选择合适的卤素取代末端基团是获得高效的小分子受体材料的有效策略。5.三元共混是获得高性能有机太阳能电池的有效策略。因此,以聚合物给体PM6和小分子受体Y6作为主体,以具有高的最低非占据轨道（LUMO）能级的中带隙受体BTIC-Cl作为第三组分,制备了一系列的三元有机太阳能电池。其中,PM6:Y6:BTIC-Cl（1:1.2:0.2,wt/wt）的三元器件有着更好的形貌,更有序的π-π堆积,更高且更平衡的电荷迁移。相对于二元体系PM6:Y6（PCE=15.50%）和PM6:BTIC-Cl（PCE=12.66%）,基于PM6:Y6:BTIC-Cl（1:1.2:0.2）的三元器件的能量转化效率高达16.60%,且Jsc和Voc得到了同步提升,分别达到为27.25 mA cm-2和0.86 V。结果表明,在二元体系中,引入具有高LUMO能级的中带隙小分子受体材料作为第三组分,是提高有机太阳能电池性能的有效策略。