有机太阳能电池（Organic solar cells,OSCs）是目前极具潜力的可再生能源技术之一,因其成本低、质量轻、可制作柔性器件等优点而受到了广泛的关注。但由于有机材料本身的一些缺点,如吸收范围小、无法直接产生电子空穴等,有机太阳能电池的发展受到了限制。研究人员为了突破这些缺点,研究出了一系列方法。三元策略是通过在二元活性层中加入第三种材料来提高器件效率的方法。第三元材料在有机太阳能电池中起到的作用有多种方面,例如优化能级匹配、拓宽活性层光谱吸收、改善薄膜形貌、促进载流子迁移等,通常一个三元材料会起到多个效果。本论文通过在两种富勒烯受体体系PCBM和PC71BM中加入环形小分子作为第三元材料,有效提高了器件的效率,并运用计算和实验测试等方法讨论了环形小分子在有机太阳能电池中起到的具体作用。本文主要内容有以下几部分:（1）在C₆₀衍生物PCBM体系中引入[9]CPP（?）C₆₀超分子概念,将环形小分子[9]CPP和7+Pyrene分别作为第三元材料加入到PTB7-Th:PCBM中,构筑了三元有机太阳能电池。通过对三元掺杂比例的调控,最终PTB7-Th:[9]CPP:PCBM三元器件的 PCE（Power Conversion Efficiency）从 7.22%提高到了 8.40%,PTB7-Th:7+Pyrene:PCBM三元器件的PCE从7.25%提高到了 7.82%。为了证明[9]CPP（?）PCBM和7+Pyrene（?）PCBM超分子的存在,本文计算了吉布斯自由能和结合能,结果显示两种结构都可以自发组成并稳定存在。实验证明环形小分子可以与PCBM形成超分子并对富勒烯有机太阳能电池的性能起到提升的作用。（2）探究环形小分子在富勒烯体系有机太阳能电池中发挥作用的机理。将[9]CPP作为第三组份加入更为常见的富勒烯体系PTB7-Th:PC71BM中,器件效率从9.44%提升到11.08%。[9]CPP（?）PC71BM超分子的存在,抑制了富勒烯受体的聚集,使活性层给受体分布更为均匀有利于载流子的传输,此外超分子结构间的π-π相互作用力可以促进电荷转移。富勒烯受体在与环形小分子形成超分子后ESP（Electrostatic Potential）有所提升,增大了和聚合物给体之间的电位差,为给受体界面间发生的激子解离提供了更多的驱动力,促进了自由电子和空穴的产生。本论文将环形小分子加入到经典富勒烯二元体系中,使器件性能得到了明显提升。通过实验分析了环形小分子与富勒烯形成的超分子对三元器件效率带来影响的原因,这一研究为选取三元材料提供了新的思路。