有机太阳能电池由于其质量轻、可溶液加工、柔性、半透明、可大面积制备等独特优势备受广泛关注。当前,高性能的给体和受体材料种类单一、结构复杂、合成成本高,导致有机太阳能电池仍然难以满足商业化应用的要求。本论文主要基于对有机太阳能电池活性层材料分子结构与光伏性能之间的关系理解。围绕结构简单、低成本、高效率的聚合物给体和非稠环受体材料的光吸收、能级调控、活性层形貌的优化,设计合成了一系列基于结构简单、低成本、易合成的噻吩乙烯基噻吩类聚合物给体和非稠环受体材料,并应用于高效有机太阳能电池。具体研究内容和结果如下:1.设计了一个新型的受体单元A1,2-丁基-1-辛基羧酸取代噻吩-乙烯基噻吩（V2TC）,并分别与两个不同的受体单元A2,苯并-[1,2-c:4,5-c′]二噻吩-4,8-二酮（BDD）和二氟苯并[d][1,2,3]三氮唑（FTAZ）合成了两种新的A1-A2型宽带隙聚合物给体PV2TC-BDD和PV2TC-FTAZ。小而简单的乙烯基单元能有效地降低空间位阻,改善分子的平面性,降低最高已占据分子轨道（HOMO）,增强光吸收,促进电荷传输。两种聚合物给体PV2TC-BDD和PV2TC-FTAZ显示出低的HOMO能级分别为-5.50和-5.35 e V。与文献报道的A1-A2型羧酸取代噻吩聚合物相比,该聚合物的光吸收带有明显的红移。因此,当与受体IT-4F共混时,两种聚合物的短路电流(Jsc)均得到提升,PV2TC-BDD的为18.83 m A cm-2和PV2TC-FTAZ的为20.49 m A cm-2,这是基于A1-A2型聚合物器件的最高值。基于PV2TC-BDD的有机太阳能电池也取得了高的能量转换效率（PCE）为11.50%,这是基于A1-A2型聚合物器件的优异性能。这些结果表明,引入新的受体单元V2TC构筑高效的A1-A2型聚合物是开发高性能OSCs聚合物给体的有效策略。2.通过侧链氯化策略,设计合成了一种结构简单的给体单元（E）-1,2-二（3-氯-5-（三甲基锡）噻吩-2-基）乙烯（TVTCl）,与受体单元BDD共聚得到了简单新型的聚合物给体PTVTCl-BDD。相比于非氯化聚合物PTVT-BDD,侧链氯化作用的聚合物PTVTCl-BDD具有更低的HOMO能级为-5.54 e V,这有助于获得较高的开路电压(Voc)。而且,PTVTCl-BDD具有更高的摩尔吸光系数,更强的结晶性、良好的分子平面性,可以有效的增强光吸收,从而提升Jsc和器件性能。当与受体Y6共混时,基于PTVTCl-BDD:Y6共混膜获得了优越的光伏器件效率为13.42%,高的Voc为0.86 V和高的Jsc为22.71 m A cm-2。相反,基于PTVT-BDD:Y6共混膜的光伏性能较低为7.58%和低的Voc为0.76 V。此外,聚合物PTVTCl-BDD与受体Y6具有良好的混溶性、更加明显的face-on取向和紧密的π-π堆积,这有利于获得良好的纳米纤维薄膜形貌,促进电荷传输,从而提升器件的光伏性能。结果表明,氯化策略是设计开发简单、低成本、高性能聚合物给体材料的有效方法之一。3.为了解决当前非稠环受体（UFAs）较低的Voc和适中的填充因子（FF）的问题,我们以缺电子的中心核二噻吩[3′,2′:3,4;2′′,3′′:5,6]苯并[1,2-c][1,2,5]噻二唑（DTBT）和环戊二噻吩单元（CPDT,被2-丁基-1-辛基烷基链取代）与不同的端基3-（二氰基亚甲基）靛酮（IC）和5,6-二氟-3-（二氰基亚甲基）靛酮（2FIC）耦合,设计合成了两种新型的A-D-A′-D-A型非稠环受体BTCD-IC和BTCD-2FIC。由于DTBT核具有较强的分子内电荷转移效应,两种UFAs在300-850 nm波长范围内表现出较强的广谱吸收。相比于BTCD-IC,端基含F的BTCD-2FIC表现出更高的摩尔消光系数、更低的能级、更高的电荷迁移率、更强的结晶度、更有序的分子堆积和更好的膜形貌。因此,当与给体聚合物PBDB-T共混时,基于BTCD-2FIC的器件取得了卓越的能量转换效率（PCE）为11.32%,高的Voc为0.85 V,Jsc为18.24 m A cm-2和高的FF为73%。与之相反,基于BTCD-IC的器件获得较低的PCE为8.96%。值得一提的是,基于PBDB-T:BTCD-2FIC器件的Voc和FF值是A-D-A’-D-A型非稠环受体的最高值。研究结果表明,缺电子中心核DTBT单元在高效UFAs中的应用为高性能有机太阳能电池的分子设计提供了有意义的指导。