在有机光伏领域,高性能非富勒烯受体在过去几年中受到了特别关注。它与最常见的富勒烯受体衍生物相比具有可调节的前沿轨道能级、更好的吸收光子能力、更小的电压损失和光化学和光物理稳定性更好等优势。受益于材料开发的巨大进步,两元的给受体器件的能量转换效率已超过16%,表明新型非富勒烯受体具有实现商业应用的巨大潜力。本论文根据受体-给体-受体(A-D-A)型小分子受体材料的设计思路,通过在大稠环苯并噻吩的共轭骨架上,引入吸电子能力不同的端基,设计出具有不同光学带隙和能级的小分子非富勒烯电子受体材料。具体内容如下:(1)设计合成了三个窄带隙的小分子受体材料(IDT-C8、IDT-DTM、IDDT-DTM)。当PBDB-T用作电子给体聚合物时,器件的光电转化效率(PCE)值分别达到3.13%、3.06%和4.14%。通过进一步测试发现,材料的成膜性较差,这也是导致器件电流密度和填充因子较低的主要原因,但是本章节的研究为后续研究打下了坚实的基础。(2)设计合成了两种宽带隙小分子非富勒烯受体材料IDT-TBA(1.91 eV)和IDTT-TBA(1.78 eV)。当PBDB-T用作电子给体时,器件的转化效率非常突出,PCE值分别达到6.7%和7.5%。光物理实验表明,两种电子受体材料的外部电荷产生效率(EGE)值均超过90%,表明成对重组减少。本研究展示了宽带隙小分子非富勒烯受体的吸引力和重要性,并提供了宽带隙小分子非富勒烯受体用于高效有机太阳能电池器件的有效途径。(3)研究了两个宽带隙小分子非富勒烯受体IDDT-TBA(1.78 eV)和IDDT-TC6-TBA(1.74 eV)。采用与ITIC双受体和PBDB-T的单给体模式,它们在混合膜中显示出光谱互补性和极大的混溶性。通过吸收和发射光谱研究了三元混合物中能量转移和电子转移的详细过程。良好排列的分子轨道和光谱互补性,以及在最佳混合的三组分混合物中的组合电子转移和能量转移过程,使得三元有机太阳能电池的能量转化效率达到9.54%。与相应的PBDB-T:ITIC二元装置相比(8.46%),开路电压、短路电流以及填充因子等各项参数显著提高,这归因于IDDT-TBA受体的独特作用。本研究为丰富小分子非富勒烯电子受体材料体系提供了更广阔的思路。