非富勒烯小分子受体材料由于具有明确的分子结构、高纯度和更好的批次间重现性等优点,已成为本体异质结有机光伏电池（BHJ-OPVs）研究领域的焦点。本论文介绍了平面型和非平面型两类非富勒烯小分子受体材料的优缺点和研究现状。为获得更高能量转换效率（PCE）的BHJ-OPVs,本文设计并合成了三种新型D-A₄型非富勒烯3D小分子受体材料。详细研究了这类材料的热稳定性能、光物理性能和电化学性能与光伏性能之间的关系。具体研究如下:1、构建了以螺二芴为核,4个侧翼为2,1,3-苯并噻二唑,3-乙基罗丹宁为端基的宽带隙3D小分子受体SF（BR）₄。对于窄带隙给体材料PffBT4T-2OD,SF（BR）₄具有与之能级匹配和吸收互补的特点。此外,SF（BR）₄的三维（3D）分子几何形状有助于抑制PffBT4T-2OD:SF（BR）₄共混膜中分子间的过度自聚集,有利于获得稳定的器件。基于PffBT4T-2OD:SF（BR）₄器件的PCE为6.15%。据我们所知,除了苝二酰亚胺衍生物3D小分子受体材料之外,6.15%是当时报道的基于非富勒烯3D小分子受体的光伏器件最高PCE值。2、以分子SF（BR）₄研究为基础,通过增加末端烷基链和强吸电子基团加以修饰,得到新的3D小分子受体材料SF（BRCN）₄。相比分子SF（BR）₄的吸收光谱,SF（BRCN）₄在溶液和固体膜中的吸收均发生红移,且在400至650 nm处显示出明显的增宽和红移,即当端基从3-乙基罗丹宁变为双氰基-3-己基罗丹宁基团时,分子内电荷传输（ICT）作用增强且分子之间的排布变得更加有序。基于PBDB-T-SF:SF（BRCN）₄器件的PCE高达7.18%,其中高V_oc为1.03 V,J_sc为11.62mA cm^-2,FF为0.60。研究表明:适当增加端基的烷基链和强吸电子基团是改善光伏材料的一种有效方法。3、以分子SF（BR）₄为基础,通过设计并合成分子BF（BR）₄来探究新3D核对小分子受体性能的影响。通过分子SF（BR）₄和BF（BR）₄吸收光谱的对比分析可知,BF（BR）₄的吸收光谱略有扩宽,可归因于该分子具有共轭的3D分子结构。由于给-受体材料能级不匹配和活性层膜形貌差等原因,基于PBDB-T-SF:BF（BR）₄器件的PCE仅为0.88%。