在当前能源越来越紧张的背景下,近年来,有机太阳能电池（OSCs）和钙钛矿太阳能电池（PSCs）的研究受到了科学界和产业界的高度关注。有机太阳能主要是基于电子给体和受体共混形成的体异质结作为活性层,早期电子受体主要是富勒烯,而近五年慢慢转向非富勒烯受体的研究。得益于非富勒烯受体的不断发展,有机太阳能电池的效率正在不断提高,目前单节效率已经达到了18%。钙钛矿太阳能电池虽然吸光层主要是铅类的无机化合物,但是为了更好的萃取电荷,在电极和钙钛矿层之间需要加入界面材料,即萃取空穴的空穴传输层和萃取电子的电子传输层。有机空穴传输材料的研究一直是钙钛矿电池领域的研究热点之一。钙钛矿太阳能电池一直被认为是后起之秀,电池效率的提升速度要远快于有机太阳能电池,最高效率已经突破了25%。两种电池的实验室的效率虽然已经很高了,但是里商业化还是有一段距离,继续研究发展新的关键材料,仍然非常有必要。对于有机太阳能电池,发展新型非富勒烯受体和给体材料是提高效率的主要途径,近年来这类研究在该领域一直占据主导地位。而在传统的给、受体二元体系中引入第三组分构筑三元体系是另外一种提高电池效率的有效策略。2019年邹等报道的PM6:Y6共混体系是目前报道的最高效的几种二元体系之一,其效率可以达到15.3%。然而仔细分析其器件光伏参数,可以发现Voc偏低,只有0.82 V。因此,效率还有继续提升的空间。本论文合成了一类新的PDI类受体分子Cor-T-PDI。Cor-T-PDI以平面的七元稠环晕苯为核,通过噻吩环桥与外围四个PDI单元连接。密度泛函理论（DFT）显示噻吩桥与PDI不在同一平面,几乎垂直,导致晕苯核与外围的PDI不能形成有效的电子交流,从而产生了四个准LUMO轨道。而且Cor-T-PDI的LUMO能级刚好落在PM6和Y6的LUMO能级之间。由于较低的电子迁移率,PM6:Cor-T-PDI二元电池只得到了2%左右的光电转化效率。而以Cor-T-PDI作为第三组分加入PM6:Y6,将电池器件的Voc提高到了0.854 V,而几乎不影响Jsc和FF,从而将电池的效率提高到了16.88%。GIWAXS研究表明少量的Cor-T-PDI添加并没有很大程度影响PM6和Y6的结晶。因此,我们认为三个组分的LUMO能级级联（Cascade）排布而产生的电子转移对于效率的提高做出了主要的贡献。这一初步的研究也提示,对于三元体系的第二受体的设计思路与传统的二元体系的设计思路会有很大程度上的不一样。钙钛矿太阳能电池空穴传输材料目前主要是具有螺结构的三苯胺衍生物（Spiro-OMe TAD）,但是合成步骤长导致了其价格偏贵。设计合成新型的空穴传输材料,不但需要简化合成步骤,很关键的一点是要求空穴迁移率要足够高,才能达到对电荷有效提取和传输的要求。在本论文中,利用大平面的晕苯核,合成了两种空穴传输材料Cor和Cor T,前者是三苯胺直接与晕苯核相连,后者是以噻吩作为连接桥,将三苯胺和晕苯核连接。从扫描电镜表征结果来看,Cor和Cor T均能很好地组装。分别以他们作为空穴传输层,制备钙钛矿器件。器件表征显示基于Cor T的器件的PCE可以达到17.4%,与标准的Spiro-OMe TAD（17.3%）相当,进一步的优化正在进行当中。另外,还设计合成了以晕苯为核,外围只接四个和二噻吩偶联的苯并噻二唑片段,获得了一种形成X型的分子Cor B。利用扫描隧道电镜（STM）技术可以清晰地观察到Cor B是X型的。这一材料作为空穴传输层的实验正在进行中。在本论文的最后一部分我们合成了一系列D-A型共轭大环3N3S和4N4S。富勒烯荧光滴定实验显示,随着富勒烯加入的量不断增大,大环的荧光逐渐降低。考虑到这两种大环都具有较大的分子内腔,我们推断富勒烯进入了大环分子内腔,有利于电子转移效应的产生,从而使大环荧光淬灭。利用STM研究大环固液界面组装,能清晰地观察到两种不同尺寸的大环所形成的结构不同,三元环呈三角形状,而四元环呈四边形形状。对于这两种材料的光伏器件应用也正在进行中。