随着传统化石能源的日益枯竭和生态环境的日益恶化,大力发展绿色、高效和安全的清洁能源已成为全球发展的共识。开发新型高效、低成本光伏发电技术正成为推进我国能源转型、实现国家绿色可持续发展战略目标的关键手段之一。其中,有机太阳能电池（OSCs）因可制备成质量轻、体积超薄,大面积柔性的器件备受关注。当前,开发非富勒烯受体材料是实现更高效率有机光伏、最终走向产业化应用的关键所在。如何均衡调控非富勒烯稠环受体材料的吸收光谱拓展、能级匹配、纳米级相分离形貌及载流子传输改善,进一步突破当前效率瓶颈成为目前科学研究的难点。因此,探索高效率非富勒烯受体结构创新设计,对于突破有机光伏材料与器件研究效率瓶颈,推进高效率有机光伏的应用开发具有积极的意义。在本篇所研究的论文中,聚焦非富勒烯电子受体分子的策略性结构设计,通过深入研究受体分子结构与器件中光伏参数的之间构效关系,指导非富勒烯电子受体的结构优化设计,实现高效率有机光伏电池。第一章,主要讲述有机太阳能电池的工作原理、器件结构、受体材料及发展历程,并总结目前国内外研究的现状。第二章,主要通过在Y6分子骨架上吡咯环氮位烷辛苯基侧链取代及末端引入强缺电子基团来精准合成了基于苯并二噻唑中心核的A-DA’D-A型非富勒烯稠环受体BTS-IC2F和BTS-IC2Cl。分子内D-A或A’单元间强推-拉效应及侧链硕大芳香烷辛基面内弯曲生长的压缩效应将氯取代端基BTS-IC2Cl稠环受体的吸收拓展至红外区1000 nm,其光学带隙达到1.23 e V,位居当前非富勒烯稠环受体的光谱吸收最高值之列。与氟代的受体BTS-IC2F相比,氯代的BTS-IC2Cl获得较低的LUMO能级。遴选光谱吸收匹配的聚合物供体PM6与非富勒烯稠环小分子受体制备出单节二元器件,通过共混供/受体比例、添加剂及热退火等工艺优化处理,PM6:BTS-IC2F和PM6:BTS-IC2Cl共混膜分别获得12.11%和12.96%的最高光电效率。氯代的BTS-IC2Cl获得如此高光电效率归因于Jsc的增强,这主要来自于PM6:BTS-IC2Cl共混膜更宽的太阳光子俘获范围及更佳均衡的空穴/电子传输能力。第三章,采用稠环小分子受体聚合化、聚合端基位点精确调控的策略,通过Stille偶联聚合精准合成了基于硒杂环中心核稠环刚性受体单元交替柔性杂环供体单元的D-A型区域规整非富勒烯聚合物受体PBTSe-C20S和PBTSe-C20Se。与噻吩单元相比,富供电性硒吩单元构建的PBTSe-C20Se因分子内形成更强的推-拉效应致使其光谱吸收明显的红移;循环伏安电化学测试说明聚合物受体能级适宜,可与聚合物供体PM6能级相匹配。通过优化供/受体添加量、添加剂含量及热退火处理活性层等器件工艺,PBTSe-C20S与宽带隙聚合物PM6共混获得了初步光电效率为6.25%的有机太阳能电池。该器件性能正在进一步优化中。第四章,采用稠环小分子受体聚合化、聚合端基构型调控的策略,通过Stille偶联聚合精准合成了基于硒杂环中心核稠环刚性受体单元交替受体单元的A-A’型非富勒烯聚合物受体BTSe-1F2和区域规整非富勒烯聚合物受体BTSe-2F2。二者聚合物受体在常用溶剂氯苯、氯仿及二甲基亚砜中都展现良好的溶解性,表明其具有较好的加工性能和兼容性。与异构化的受体BTSe-1F2相比,区域规整的受体BTSe-2F2表现出更强的红移吸收,这归因于构型调控有助于聚合物链的规整性改善及形成更强的π-π堆积形态。BTSe-2F2的吸收光谱拓展至近红外区955 nm,其光学带隙为1.30 e V。循环伏安测试表征BTSe-1F2和BTSe-2F2的LUMO能级分别为-4.01 e V和-3.82 e V,较高的LUMO能级可实现高开路电压。目前该器件性能正在测试中。