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有机太阳能电池（OSCs）以其成本低、质量轻以及可制备成半透明柔性器件等独特优点受到了世界范围内科研工作者的广泛关注,但目前其仍有能量转换效率（PCE）较低,难以制成厚膜及大面积器件、热稳定性较差等缺点,这些成为制约OSCs工业化进程的重要因素。为了提高OSCs的PCE以及获得具有商业研发价值的有机太阳能电池材料和器件,本论文通过在基于聚合物给体:富勒烯受体（D:FA）的PBDB-T:PC71BM类二元体系中引入小分子非富勒烯受体（NFA）材料作为第三组分,构筑了两类三元有机太阳能电池,重点研究了作为第三组分的小分子非富勒烯受体材料的引入对三元电池体系的光电性质、薄膜形貌、光伏性能以及光热稳定性等方面的影响。主要内容如下:1.设计合成了七环芳烃类小分子NFA材料DTCFOIC,并与中带隙聚合物给体PBDB-T共混制备了D:FA类二元OSCs,获得了6.92%的PCE。在此基础上,把DTCFOIC作为第三组分引入到PBDB-T:PC71BM的二元体系中,构筑了相应的D:FA:NFA类三元有机太阳能电池PBDB-T:PC71BM:DTCFOIC。通过对三元体系中材料组分和添加剂（DIO）含量的系统调控,获得了比二元体系高的能量转换效率（PCE=9.4%）。其原因在于加入了DTCFOIC和DIO后拓宽了活性层的吸收范围,改善了电荷转移,解离与收集的能力,抑制了电荷复合以及优化了活性层的薄膜形貌。进一步,通过对活性层膜厚和面积的优化,最终在活性层的厚度为190 nm和面积为0.1 cm2时,三元器件获得了最高10.41%的能量转换效率。并且当器件面积进一步增大到1 cm2时,效率仍然超过9%。同时我们还研究了该三元体系的光和热稳定性,发现该三元体系具有良好的光热稳定性和寿命。2.设计合成了基于五环芳烃的新型窄带隙小分子NFA材料IDT-OT,并把它作为第三组分引入到PBDB-T和PC71BM组成的二元体系中,构筑了相应的D:FA:NFA类三元有机太阳能电池PBDB-T:PC71BM:IDT-OT。通过对三元电池体系中三种组分比例及添加剂（DIO）含量的优化,获得了最高9.09%的PCE,并详细的研究了三元体系的热稳定性。在100 oC下,热退火10 min后,器件性能仍然保持在最高效率的90%。另外,当退火温度升高到160 oC时,该三元器件的效率（PCE=7.69%）仍保持在最高效率的80%以上。这些研究结果表明:该三元体系具有良好的热稳定性;同时也表明,通过引入小分子NFA材料来构筑三元有机太阳能电池是获得高效稳定OSCs的一种十分有效的策略。