近年来,随着人类社会的发展,人们对化石能源的需求量日渐增加,随之而来的环境污染问题也日渐加剧,所以世界各国都在寻找清洁无污染的新能源来代替化石能源,以缓解目前的全球变暖问题。而太阳能以其来源广泛、能源清洁、能量高、可再生等优势显示了其巨大的开发潜力,光伏器件可将太阳能直接转换为电能极大地便利了太阳能的使用,因此受到了广泛关注和重视。除了已经商业化硅太阳能电池,诸多新型太阳能电池技术同样是研究的热点,如有机太阳能电池等。富勒烯及其衍生物受体材料在有机太阳能电池发展中占有举足轻重的地位,仍是使用最广泛、最经典的受体材料。但由于其吸收范围窄、能级调控难、薄膜中易自聚集、机械柔韧性差等因素使得其发展收到了极大地限制。因此,开发能够克服富勒烯及其衍生物的这些缺点并保持其优良性能的新型受体成为了近年来有机光电领域的研究方向。目前,非富勒烯受体以其结构易修饰、易于合成和纯化、吸收范围较广和能级可调控等优势受到了广泛的关注,处于高速发展中。当前文献报道的体异质结有机光伏器件的效率已经突破18%,被认为是最有希望推动有机光伏产业化的方向。因此,设计并合成低成本、高效率、高稳定性的非富勒烯小分子受体,研究其分子结构影响器件能量转化效率的内在机理,并进一步提高器件的能量转化效率是有机太阳能电池领域研究的几大关键科学问题。本论文基于有机太阳能电池器件的制备与机理,探索了分子结构、能级、成膜过程等对器件性能的影响,主要内容如下:（1）使用实验室新合成的主链骨架相同的近红外窄带隙给体材料匹配不同的受体材料,制备近红外半透明有机太阳能电池器件,并对其进行性能测试和机理分析,以分析近红外给体材料结构的微调控对器件性能的影响,还通过不同的测试方法检测了其能否应用于有机光电探测器领域,为该行业提供一定的经验。（2）通过使用实验室合成的新型A-D-A结构的“引达省并二噻吩-靛红-罗丹宁”非富勒烯小分子受体材料WH1和WH7,两种物质的主要结构差别是端基的不同,将这两种材料作为电子受体材料用于制备有机太阳能电池器件,通过调整不同给体材料与其能级的匹配程度、给受体比例、成膜工艺等不同的实验方法对器件制备途径进行调整,从而优化器件的各项光伏性能参数,提高有机太阳能电池器件的效率。随后还通过器件物理的表征,对器件的工作机理进行较为深入的探讨,进而分析基于两种新型有机半导体小分子受体材料由于结构的差别,从而导致制备的有机光伏器件性能差异的原因。因此,我们通过器件机理分析的结论,可以为新型有机半导体受体材料的合成提供设计方向。（3）最后,针对有机太阳能电池器件优化途径进行了探究,通过使用增强活性层的光学吸收,灵活地选择吸收光谱互补且能级匹配的给、受体组合,D/A比例,退火处理和添加剂工艺五种方法,对不同的有机半导体材料体系进行器件性能优化。这些探索工作为提高有机太阳能电池领域的效率提供了经验性指导。