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在过去十年里，有机聚合物太阳能电池的研究突飞猛进，因其原料电池成本低廉，最大光电转换效率(PCE)已经突破10%。然而，有机小分子太阳能电池的PCE因吸收光谱和相应的能量损耗不匹配，其PCE也比有机聚合物太阳能电池低.使得有机小分子研究受限。因此，本文采用DFT方法，选用苯并二噻吩和齐聚噻吩作为给体片段，选择不同的受体片段，通过分子构建模式、拓扑结构、给受体片段组成与比例等因素，设计和研究系列枝杈型及星型给体分子。本研究旨在设计出具有与受体分子能级匹配、强的光吸收和高电荷载流子迁移率等性质的含硫有机小分子给体材料，从而提高有机小分器件的PCE。首先筛选合适的太阳能电池（OSC）给体材料构筑模块。设计系列共轭给体分子（DmAn，m=1-4，n=1-7，D=苯并二噻吩，A=苯并恶二唑），通过改变D/A片段比例、拓扑结构，来调节材料的光电子性质。发现增加受体片段的比例可以降低LUMO能级从而设计窄带系（Eg）分子。与线型构型相比，互相垂直的给体和受体片段构型可以观测到设计分子的光谱发生明显的红移。然而线型结构分子吸收增强。D-A-D分子相对于D-D拓扑结构，具有优异的光电性能。此外，D-A-D拓扑结构比多垂直连接的受体片段的拓扑结构具有更佳的光电性质。D-A-D型给体分子（m=2-4）的空穴重组能小于单给体组成（DAn）的分子。尽管如此，D-D型分子比DAn分子的电子重组能小，主要是由于第二个给体片段的存在。并且，电荷转移也依赖于分子的形状，枝杈型或各向异性X，H，π，n及正方形因高维度，显示出比线型异构体高的电荷迁移率.相对于系列PDI基受体分子，建议相应匹配的给体分子，为构造太阳能电池器件提供理论依据。利用DFT方法采用双波段重叠策略，为了提高材料的溶解性，设计了五个X-型各向异性低能隙给体分子（D1-D5)。通过调节PDI1的P1和P2位置的取代基，构建一系列新的PDI受体分子是为了与设计的给体分子相匹配。设计的给体包含给体片段苯并二噻吩（DF）作为核，电子受体片段（A1到A5）及三呋喃环和乙炔基三呋喃环作为桥（分别为B1和B2）。TD-DFT计算的给体分子吸收带覆盖了可见光和近红外区。给体片段DF和多枝杈B1和B2贡献短波吸收和中等波长区域，光谱的中间和长波长区域归因于受体片段和给受体片段间电荷转移吸收。所设计给体中，D1有理想的最低能隙、前线分子轨道能级和强的宽吸收是由于其具有强的吸电子片段。与空穴重组能相比，电子重组能较低，表明五个受体分子有利于电子转移。采用P21/c空间群预测结晶态D1的迁移率。D1显示出高迁移率（μe=2.00cm2/V.s和μh=1.7×10-2cm2/V.s）。计算所得D1的开路电压Voc为1.02V。所设计的给体分子和PDI衍生物受体相匹配，可以应用于高性能的太阳能电池件。为了进一步探讨分子各向异性对3D多枝化合物的吸收性质的影响，我们以并噻吩为给体(DF)单元，通过乙炔作为π桥(Ps)连接吡啶-噻二唑受体(AF)单元，再与不同的中心原子结合，设计并研究了不同的共轭的三臂及四臂星形分子。三臂及四臂星形分子的中心原子分别为N、B和C、Si。结合密度泛函理论(DFT)和时间依赖密度泛函理论(TD-DFT)两种方法来探究中心原子对两种不同拓扑结构(即“core-D-π-A”和“core-A-π-D”)类型分子的光学，电子及电荷转移性质的影响。“core-D-π-A”型分子(N3-Mol，B3-Mol，Si4-Mol和C4-Mol)的HOMO能级比“core-A-π-D”型分子(N3-RMol，B3-RMol，Si4-RMol和C4-RMol)更理想。“core-A-π-D”型分子的λmax值与“core-D-π-A”型分子相比发生了显著红移。三臂型分子N3-Mol和N3-Rmol在所设计的不同分子中λmax值最大。有趣的是，B3-RMol和C4-RMol分子的λmax波长几乎相同。然而，以B和Si为中心原子的三臂及四臂型分子的吸收带强度与以N和C为中心原子的分子相比更强。C4-RMol，Si4-RMol，B3-RMol和N3-RMol分子与C4-Mol，Si4-Mol，B3-Mol和N3-Mol分子相比分别发生了59，14，28和39nm的红移。重组能和迁移率的研究结果都表明四臂型分子与三臂型分子相比电荷转移性质更加优异，这是由于前者具有更好的维度。因此，光电子和电荷转移性质的分析结果证实本文设计的三臂及四臂星形分子是一种十分具有应用前景的有机太阳能电池给体材料。本文得到的结果可以为今后高效有机光伏小分子给体的研究提供更多的思路。