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由于材料价格低廉、易加工处理、机械柔性高、重量轻等特点，近年来基于本体异质结概念的聚合物光伏器件已经引起了人们广泛的兴趣。但是目前合成的聚合物光伏器件的能量转换效率较低，不能满足商业化至少10％的要求。因此，为了进一步提高聚合物光伏器件的效率，需要充分理解电池内部的机理以及影响效率的因素。目前实验上很难区分各种微观过程对整体电池效率的影响。因此，需要理论计算模型对太阳能电池进行模拟。在本论文中，发展了一套连续介质器件模型(Continuum device model)程序，并用于模拟太阳能电池的一些关键机理(例如，电荷载流子的漂流和扩散、电荷密度对电池的作用、双分子复合以及依赖于温度和电场的自由电荷产生速率)。利用该模型模拟了最近制备的高效窄带隙聚合物太阳能电池的I-V曲线，计算了开路电压、短路电流、功率转换效率等重要物理量。实验模拟的I-V曲线和实验曲线符合的非常好。同时，还研究了器件内电子空穴对的分离速率和失活速率、载流子迁移率、光照强度对电池开路电压的影响，以及短路电流和能量转换效率对迁移率的依赖性。
由于纳米和生物科技的发展，有机分子的非线性多光子吸收越来越引起人们的广泛关注。具有大的多光子吸收截面的材料可以应用在化学、物理和生物各个领域。设计和合成具有大的多光子吸收截面的材料是这一领域发展的重要基础。本论文在本课题组自主编制的耦合簇运动方程和多参考组态相互作用(MRDCI)程序的基础上，运用非线性响应理论方法研究了芘类衍生物的结构-性能关系，对基于吡嗪的二维X型染料分子的大的多光子吸收截面的来源进行了探讨。
因为在理论上能达到100%的内部量子效率，磷光有机发光二极管吸引了广泛关注。使用密度泛函理论(DFT)研究了一系列咔唑(三苯胺)/恶二唑衍生物。衍生物能级的理论计算，可以对HOMO/LUMO能级的局域化、三线态能级的提高等分子设计提供有效的指导。