太阳能电池由于可以将光能转化成电能,从而实现绿色、可持续发展,因而越来越受到人民的关注。其中基于非富勒受体的有机太阳能电池近年来取得突飞猛进的发展,除了新型非富勒烯受体的开发对器件效率取了关键性的作用以外,聚合物给体的设计合成同样有着举足轻重的作用。目前,普遍使用的非富勒烯受体在分子结构、基本光电特性以及聚集特性等方面与富勒烯受体具有较大差异,因此非富勒烯受体对聚合物给体材料的性能有了新的要求。本论文主要基于对太阳能电池中半导体材料结构与性能之间关系的理解,围绕改善聚合物给体的能级和结构,优化活性层形貌,提高太阳能电池的吸收范围和使用寿命展开了系统研究,并应用于高效的有机太阳能电池和稳定的钙钛矿太阳能电池,主要内容包括以下部分:首先,设计并合成了含硅烷基侧链的聚合物给体PBDS-T。因为其存在σ*(Si)-π*(C)键相互作用,因此含硅烷基侧链的聚合物PBDS-T 比结构类似的不含硅烷基侧链聚合物给体PBDB-T具有更低的能级和更高的结晶度。正是由于PBDS-T的高结晶性以及PBDS-T与非富勒烯给体ITIC共混能够形成良好相形貌,使激子的解离能较低,导致在较小的驱动力下就可实现有效的电荷转移。基于PBDS-T:ITIC的器件由于拥有较小的能量损失,器件的VOC和JSC得到了同时提高,在不退火的情况下就能得到超过的11%的器件效率。其次,我们选择了与非富勒烯受体ITIC有不民末端基团的ITIC-F和不同烷基侧链的ITIC-Thl来作为聚合物给体PBDS-T的受体材料,通过含有不同的末端基团和侧链的受体,以优化活性层形貌并实现最佳的器件性能。我们发现受体结构的细微变化可以影响给体和受体之间的相互作用和每种组分的结晶度以及表面张力,而这些差异极大地影响了共混膜的形貌及其最终的器件性能。再者,我们率先提出了通过在钙钛矿层中引入具有三维立体结构的有机半导体材料来提高钙钛矿太阳能电池的器件效率。通过设计以四苯乙烯(TPE)为核,吡咯并吡咯二酮(DPP)为臂,巧妙地通过简单、易行的Suzuki偶联反应得到易溶解、吸光性好、具有特殊三位扭曲结构的TPE-DPP4;经研究发现,TPE-DPP4的作用不仅可以类似于传统的富勒烯(PCBM)那样填补钙钛矿前驱体PbI2晶体间的空洞,而且还有促进CH3NH3PbI3晶体的生长,从而形成晶粒尺寸较大、晶界较小的钙钛矿薄膜,而且可以提高钙钛矿层的吸光性,增强对光的捕获能力。相比于纯钙钛矿组装的器件,掺入TPE-DPP4后的钙钛矿太阳能电池器件效率提高了 40%。最后,我们首次利用具有聚集诱导发光(AIE)的分子来提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。我们通过一种简便易行的方法设计并合成了一种具有AIE效应的分子TPE-CZ作为钙钛矿太阳能电池的新型空穴传输层材料。TPE-CZ除了能够取代昂贵的spiro-OMeTAD以外,还具有特殊的AIE性能,使得钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性得到提高。TPE-CZ的AIE特性明显拓宽了钙钛矿的吸收范围,从而增强了光电流。