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目前，体异质结有机太阳电池活性层的主流受体材料为PCBM和给体材料为D-A聚合物。受体材料方面，PCBM虽然具有高电子迁移率和良好的普适性，但其LUMO能级较低，导致器件的开路电压较低，限制了器件效率。因而，为进一步提高电池效率，设计合成高迁移率和高LUMO能级富勒烯受体是非常必要的。给体材料方面，目前多种高性能的D-A聚合物给体材料被开发出来。然而大部分的聚合物给体空穴迁移率较低，不适于制备厚膜和大面积器件。稠环单元具有大平面共轭结构，能拓宽吸收，增强分子间作用力和提高迁移率，从而提高光电流。且其聚合物具有制备厚膜材料的潜质。一系列优秀的稠环给体单元被开发出来，但稠环受体单元研究较少。此外，氟取代聚合物给体由于氟原子的独特性质，取得了优异的结果，且也适于制备高性能的厚膜器件。因而研究新型稠环受体单元和氟取代聚合物给体对提高器件效率和推动有机太阳电池大面积制备有重要意义。 针对以上问题，本论文从给受体两方面入手，开发多种新型高效的光伏材料:一，设计合成了一系列基于亚甲基富勒烯的高LUMO能级受体材料;二，设计合成了一系列基于稠环受体单元或氟取代单元的聚合物给体材料。并研究了它们的光学，热学，电化学，电荷传输和光伏性能等，主要研究内容与结果如下: 1.设计合成了两种基于亚甲基富勒烯C70CH2的高LUMO能级受体材料66π的OQMF70和64π的bis-OQMF70。与P3HT共混，其器件的开路电压随富勒烯的π电子数目减少而升高。其中，OQMF70同时具有较高的LUMO能级和电子迁移率。在保持高短路电流和填充因子的情况下，开路电压提高，器件的最高能量转换效率达6.88％。OQMF70是目前最优秀的富勒烯受体材料之一。 2.发展了一种“Bingel-decarboxylation”的方法，首次实现C60(CH2)2和C60(CH2)3的大量制备;并以它们为构筑单元，分别制备了54π的OQBMF和52π的OQTMF;与P3HT共混制备器件，其中OQBMF具有高的电子迁移率，器件效率达6.43％，是目前三加成富勒烯受体的最高纪录。亚甲基体积小是OQBMF获得高效率的关键，它既提高了开路电压，又保持了高的短路电流和填充因子。 3.设计合成了一种基于吖庚因-2，7-二酮的稠环受体单元(TTA)，并制备了两种D-A聚合物给体PTTABT和PTTABDT。它们具有良好的热稳定性，溶解性和中等带隙。其中，PTTABDT/PC71BM电池具有较高的开路电压和空穴迁移率，相分离良好，能量转换效率为5.46％。 4.设计合成了四种聚合物PNTDBT，PFNTDBT，PNTDFBT和PFNTDFBT研究了氟取代位置对聚合物给体光伏性能的影响。结果表明，氟取代能有效抑制聚合物电池中的双分子复合，从而提高其电池的填充因子;而当氟取代在联噻吩单元上时能引入非共价键作用，有效地改善分子堆积，提高迁移率并降低活性层的粗糙度，从而提高器件的短路电流和效率。PFNTDFBT的电池获得最高效率7.79％，说明不同位置的氟取代基对聚合物的光伏性能提高具有协同效应。 5.设计合成了三种聚噻吩衍生物PTCBT,PTCFBT和PFTCBT研究氟取代对聚噻吩性能的影响。结果表明，相比于PTCBT，PFTCBT的光学带隙降低至1.79eV，分子堆积和器件相分离变好，从而其器件短路电流提高至11.84 mA cm-2，最高效率达到5.93％。而PTCFBT具有最低的HOMO能级，其电池的Voc高达0.95V，最终能量转换效率为4.99％，略高于PTCBT。