非富勒烯受体在过去六年中获得了令人瞩目的发展,这也将有机太阳能电池（OSCs）的能量转换效率（PCE）提升至前所未有的高度。然而,长期以来大部分的研究工作基本是以试差方式开展,对于结构与性能之间的关系还知之甚少。此外,当前如Y6等的稠环电子受体（FREAs）虽然已经将效率突破18%,但是此类受体的合成步骤却依旧复杂,且效率提升之下的材料成本和器件稳定性等问题也限制了其商业化应用。因此,本论文以噻吩[2’’,3’’:5’,6’]-s-并茚达省-[2’,1’:4,5]-噻吩-[3,2-b]-噻吩-[2,3-d]并吡咯（IPT）为基础核骨架,开发了一系列二噻吩并吡咯（DTP）衍生的非对称核。围绕供电核与吸电端基的协同作用、侧链对器件稳定性调控、非稠环结构筛选以及侧链和端基的匹配性等方面展开研究,通过对核结构的优化设计来探索开发高性能的稠环/非稠环电子受体。同时,系统研究了分子结构与器件光伏性能的关系,并初步解析了结构优化下的合成成本和器件稳定性等关键问题。本文先以课题组开发优化的IPT非对称核为基础框架,利用环戊二烯桥将DTP和硒酚单元稠合至苯环的两侧,开发了新型的给电能力更强的七元非对称稠环核DTPPSe。为了获得能级合适的窄带隙受体,我们在DTPPSe上进行端基调控设计合成了三个非对称稠环受体（即DTPPSe-IC、DTPPSe-2F和DTPPSe-4F）。相对于非氟代的DTPPSe-IC,氟代的DTPPSe-2F和DTPPSe-4F表现出红移的吸收和显著加深的能级。当与PBDB-T共混时,基于PBDB-T:DTPPSe-2F的共混膜显示出更加优异的相分离形貌、边界清晰的纤维状电荷传输网络以及更加紧密的π-π堆积距离,因此相应的器件获得了13.76%的最高PCE和0.56 e V的低能量损失(Eloss)。此次工作证明了单氟代端基可以有效调控稠环受体的吸收和能级,从而获得高性能的窄带隙受体。紧接着,为了进一步优化IPT非对称核,首次探索将N-功能化的二维侧链用于非对称受体的设计中,并合成了三个非对称稠环受体IPT2F-Th、IPT2F-Ph和IPT2F-TT。由于和相邻己基苯之间存在空间位阻,所以二维侧链与非对称骨架之间形成了一定的二面角。这种偏转限制了二维侧链和骨架平面的共轭,使得三个受体具有相似的能级和溶液吸收。然而,不同的二维侧链对分子间的堆积方式以及共混膜形貌产生了巨大影响。其中,基于PBDB-T:IPT2F-TT的共混膜表现出更高的载流子迁移率、有序的纤维状相分离以及更加合适的π-π堆积距离,所以相应的器件获得了14.02%的PCE和75.06%的填充因子（FF）,明显优于其他两个器件。此外,在热老化或光老化100小时后,最优化的PBDB-T:IPT2F-TT器件依旧可以保持12%以上的PCE,显示出优异的热稳定性和光稳定性。该工作表明己基并噻吩要优于其他两个二维侧链,且N-功能化二维侧链是一种可以同时提升器件性能和稳定性的有效策略。随后,在效率快速增长的背景下,面对器件效率和材料合成成本之间的矛盾,我们将非对称核IPT进行了裁剪。利用当前最经典的三个分子框架结构,以DTP为基础构建单元,分别设计合成了三个非稠环受体DBT-4F（A-D1-D-D2-A型）、DBD-4F（A-D1-D-D1-A型）以及DBTD-4F（A-D1-A1-D1-A型）。理论计算表明,非对称的DBT-4F具有比其它两个对称非稠环受体更加平面的骨架,这有利于分子间π-π堆积和电荷传输。因此DBT-4F与PBDB-T共混的器件具有更有效的光子收集、更高且更平衡的电荷传输以及更少的电荷复合,相应器件也获得了12.14%的最高PCE。而基于DBD-4F和DBTD-4F器件较差的效率主要体现在其较低的JSC和FF上,这可能是它们的共混膜中分布着大范围的边界不清晰的相分离区域所致。DBT-4F的成功设计说明了DTP构建单元可以用于高性能非稠环受体的开发,而非对称的A-D1-D-D2-A框架结构更适合基于DTP的非稠环受体。最后,将成功探索的非稠环受体DBT-4F端基上的氟原子替换为化学上更廉价的氯原子,从而进一步增强分子内的电荷转移（ICT）和收窄带隙。通过调整中间苯上的烷氧基侧链以平衡氯代端基带来的溶解性和结晶性等性质变化,设计合成了三个氯代非稠环受体DBT-EH、DBT-BO和DBT-HD。结果发现,侧链的调控使得非稠环受体的带隙发生了变化,也让中间苯与两侧单元间呈现出21-25°的二面角。形貌研究表明,2-己基癸基取代的DBT-HD与PBDB-T混合得更好,它们的共混膜表现出纤维状的相分离形貌和优异的π-π堆积,因此基于PBDB-T:DBT-HD的器件获得了13.57%的高PCE和73.39%的高FF。该工作获得了当时最佳的氯代非稠环受体DBT-HD,表明DBT非对称非稠环核可以通过合理的分子优化策略来开发成本效益好的非稠环受体。