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本体异质结有机太阳能电池通过光伏效应将太阳能转换成电能，已经被视为高效利用太阳能源的新兴技术而受到极大的关注。新型非富勒烯受体材料的不断开发以及器件工艺的不断优化，使有机太阳能电池的器件性能不断被提高，极大推动了有机太阳能电池领域的发展。本论文的研究工作采用合理的分子设计策略，设计合成了新的共轭骨架，将其引入到非富勒烯小分子受体材料设计中。合成了一系列的新型非富勒烯小分子受体材料，探索其作为电子受体材料在有机太阳能电池中的应用。考察了受体材料的光物理和电化学等基本性质。通过分子结构的调控，薄膜的形貌表征和分析，厘清了分子结构与器件性能的关系，发展了性能良好的非富勒烯受体材料。这些研究为设计合成高性能的非富勒烯受体器件提供新的思路。主要的研究工作如下: (1)将IDTT中的噻吩单元换成苯基，弱化IDTT的给电子能力，合成了给电子能力较弱的中心骨架IDBT。基于IDBT中心核的非富勒烯受体NIDBT被设计合成。NIDBT的光学带隙为1.84eV，HOMO和LUMO能级分别是-5.87和-3.91eV。选择聚合物PTB7-Th作为活性层的给体。器件制备和优化后，能够获得4.45％的能量转换效率，0.831V的开路电压，11.45mA cm-2的短路电流和46.73％的填充因子。 (2)将噻吩并[3，4-b]噻吩作为π-桥，引入到以IDBT为核的非富勒烯受体的共轭骨架中。设计合成了三个非富勒烯受体RIDBT、AIDBT和FIDBT。RIDBT的光学带隙为1.77eV，HOMO和LUMO能级分别是-5.63和-3.60eV。与PTB7-Th匹配，器件的能量转换效率相对NIDBT提高至6.71％，开路电压为0.973V，短路电流为12.40mA cm-2，填充因子为55.59％。在RIDBT的基础上，进一步考察侧链的对受体材料的性能影响。将芳基侧链变为交叉的烷基侧链，合成了受体AIDBT。基于PTB7-Th:AIDBT器件的能量转换效率达到6.21％,开路电压达到1.027V，短路电流为13.18mA cm-2，填充因子为45.92％。最后通过末端的修饰，合成了的受体FIDBT。FIDBT的光学带隙为1.53eV，以宽带隙的聚合物PBDB-T为给体，器件的能量转换效率达到7.14％ (3)采用噻吩和噻吩并[3，2-b]噻吩作为非富勒烯的结构骨架，设计合成了两个新的供体单元，用于构建A-D-A型受体FTBT和FTTBT。FTBT和FTTBT的光学带隙分别为1.59和1.54eV。基于PM6:FTBT的太阳能电池在120℃退火处理后得到3.47％的能量转换效率。然后，基于FTTBT的太阳能电池不需要任何后处理，得到的能量转换效率达到9.79％。这些研究有利于厘清结构与性能的关系，为合理的分子设计提供一些有价值的参考。 (4)设计新的结构单元，2-三氟甲基噻吩并[3，4-b]噻吩，用于构建非富勒烯受体ATT-8。该分子的光学带隙是1.55eV，HOMO和LUMO能级分别是-5.46和-3.71eV。与PBDB-T制备器件，太阳能电池的能量转换效率达到7.31％。