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近年来，在本体异质结有机太阳能电池中，非富勒烯受体得到广泛研究。本论文中，我们报道了三种系列的基于rylene多维艺术的非富勒烯受体，命名为苝酰亚胺二聚体系列(SdiPBIs)、三苝六酰亚胺系列(TPHs)和rylene花朵系列(RFs)，实现了7％-11％的高转化效率。优良的光伏性能，是由受体的综合性能得到的，例如宽而强的吸光能力、合适的LUMO能级、理想的聚集状态、高的电子迁移率和与聚合物形成良好的薄膜形貌等。我们的结果证实，在OPV应用中，非富勒烯受体具有很大的潜力赶超富勒烯受体。 1.我们设计合成了两种新型的杂原子(S，Se)取代的苝酰亚胺二聚体，分别为SdiPBI-S和SdiPBI-Se，并将其应用到有机太阳能电池中。S或者Se桥的引入，使得其呈现出更加扭曲的分子构型和更高的LUMO能级。在可见光区，SdiPBI-S和SdiPBI-Se都具有很宽而强的吸收，并且与给体PDBT-T1的吸收具有很好的互补性。基于SdiPBI-S和SdiPBI-Se的传统有机太阳能电池器件分别表现出了7.16％和8.4％的光电转化效率，是当时文献报道的非富勒烯有机太阳能电池的最高效率，这表明，在茈酰亚胺母核上引入杂原子，是发展高性能非富勒烯受体的一种非常有效的途径。 2.我们设计并有效的合成了两种基于刚性共轭结构的稠环芳酰亚胺的新型有机半导体材料。单晶X射线的研究表明，这两种半导体:TPH和TPH-Se，都呈现出极度扭曲的三叶螺旋桨构型并形成了紧密的三维网状自组装结构，在堆积组装结构中，一个TPH分子中的三个苝酰亚胺单元与相邻TPH分子的三个苝酰亚胺分子存在很强的π-π相互作用。场效应晶体管证实，这种紧密的三维网状结构能够提供有效的电子传输通道。基于TPH和TPH-Se为受体的有机太阳能电池，分别取得了8.28％和9.28％的转化效率，是当时基于苝酰亚胺为受体材料的有机太阳能电池的最高效率。深刻的理解光电性质和结构-性能关系，将有效地指导设计新型的高性能n型有机半导体并有效地应用到有机电子学中。 3.我们设计并有效的合成了五瓣“花型”的苝酰亚胺五聚体RF系列(RF-1、RF-2、RF-3和RF-4)，对其基本的光物理性质，单晶结构，堆积模式，组装结构以及光伏性能进行深入研究。单晶X射线的研究表明，RF-1呈现出独特的组装结构，而这种组装结构会受到分子对称性和杂原子间的相互作用的影响。基于这种独特分子结构的有机太阳能电池展现出11.2％的光电转化效率，实现了基于苝酰亚胺OPV研究领域的新突破。