有机太阳电池拥有质量轻、可低温溶液法加工制备大面积柔性和半透明器件等显著优点,引起了研究者的广泛关注。近年来,基于非富勒烯受体的活性层得到了快速发展,单节电池的能量转换效率已经突破了18%,展现了这一领域巨大的发展前景。本论文以给体材料为研究对象,在第一章绪论部分简述了有机太阳电池的工作原理和一些重要的给体材料的研究进展,在第二至第五章中主要研究了侧链修饰策略在制备新型有机给体材料中的应用。本论文将硅氧烷封端侧链结合多种侧链工程引入活性层给体材料中发展了一系列聚合物以及小分子给体材料。通过结构测试与性能表征,揭示了含硅氧烷封端侧链的给体材料的构效关系,旨在从材料设计的角度实现对有机太阳电池活性层形貌的主动调控。本文第二章工作揭示了硅氧烷封端侧链相对于烷基侧链具有低表面能的性质,这是一种能够实现活性层微观形貌调控的驱动力。通过将硅氧烷封端侧链引入基于PTB7-Th的窄带隙聚合物给体,发现随硅氧烷封端侧链替换烷基侧链的含量增加,相应的聚合物PTB7-Th、PTBSi20、PTBSi25、PTBSi33、PTBSi100表现出不断减小的表面能,由Flory-Huggins相互作用参数(χD,A)预测了聚合物与非富勒烯受体IEICO-4F的混溶性随PTB7-Th>PTBSi20>PTBSi25>PTBSi33>PTBSi100的顺序递减。实验结果表明,混溶性最差的PTBSi100活性层表现出最高的薄膜粗糙度、拉曼光谱成像所示的更大的相分离程度和大相区、及最差的光伏效率8.52%。而经过形貌调控的三个侧链无规聚合物PTBSi20、PTBSi25、PTBSi33都表现出高于PTB7-Th的效率,并由25%硅氧烷封端侧链含量的PTBSi25获得12.61%的最高效率,预示了调控硅氧烷封端侧链含量对该材料体系活性层形貌优化的重要性。这一硅氧烷封端侧链性质的原理性揭示为如何在本体异质结活性层材料结构中用好硅氧烷封端侧链提供了理论依据,也可以用于解释众多含硅氧烷封端侧链的光伏材料在活性层形貌调控中的构效关系。本文第三章工作首先在BDT单元中引入不同氟原子取代位置的双氟苯基侧链,以苯并二噻吩二酮为受体单元设计并合成了一系列新型宽带隙聚合物给体。通过DFT理论计算与光学性能测试,发现不同氟原子的取代位置直接影响了双氟苯基侧链与主链结构之间的二面角,从而使聚合物在聚集态、分子堆积上出现差异。进一步对基于IT-4F为受体材料的光伏器件性能及活性层形貌的表征表明,不同的氟原子取代位置所引起的平面性以及给体与受体之间混溶性的差异对器件活性层薄膜的形貌有很大的影响。其中,含距离主链较远端的3,5位氟原子取代的双氟苯二维侧链的聚合物35EH表现出较好的平面性、较高的结晶性能以及与受体适中的混溶性,器件获得了较高的光伏性能。进一步引入硅氧烷封端侧链,实现了对活性层相分离形貌的优化,使得基于35Si:IT-4F的电池器件获得了最高12.97%的光电转换效率。这一研究首次揭示了基于双氟苯基侧链结构的给体材料中不同氟原子取代位置与材料性能之间的构效关系,并成功通过硅氧烷封端侧链的修饰提高了器件的光伏性能。本文第四章工作进一步探索了硅氧烷封端侧链对宽带隙聚合物的形貌调控作用。研究了由烷基修饰的氟代噻吩基、硅氧烷封端侧链修饰的的氟代噻吩基、烷基修饰的二氟代苯基以及硅氧烷封端侧链修饰的二氟代苯基在苯并二噻吩单元上实现的对称和不对称的二维侧链组合,对与二氟代苯并三唑为受体单元合成的宽带隙聚合物给体材料光伏性能的影响。这一系列新型聚合物随侧链中芳香基团拉电子能力的改变,实现了器件开路电压的连续调控。还发现随硅氧烷封端侧链的引入在二氟代苯基的对称聚合物2FP-2Si可实现最大的器件功率密度,从而对器件VOC-JSC间的trade-off产生一定的抑制。最终,基于2FP-2Si:IT-4F的电池器件获得了最高12.97%的光电转换效率,当受体材料变为Y6时,器件效率进一步提高到了14.40%。本文第五章工作通过在基于BDT单元核的小分子给体中引入烷基侧链及硅氧烷封端侧链修饰的双氟苯基二维侧链,设计并合成了三种新型小分子给体材料（SMD）S35、S35-1Si和S35-2Si。与烷基侧链修饰的S35相比,硅氧烷封端侧链的引入增强了小分子的结晶性能,在与Y6的共混膜中获得了更有序的结晶取向,载流子迁移率明显提升,并伴随着小分子给体的主要结晶取向的改变。最终,基于S35-2Si:Y6的共混膜获得了有序的face-on结晶取向,其正型电池器件获得了最高13.50%的光电转换效率,反型器件也获得了最高13.20%的光电转换效率,均优于S35的器件效率。这一研究工作揭示了对称与不对称的硅氧烷封端侧链对简单结构的小分子给体在共混膜中堆积取向的影响,体现了硅氧烷封端侧链在构筑高效率全小分子光伏体系中的应用潜力。