富勒烯特殊的双键和笼状结构，赋予了其独特的物理化学性质。其中最重要的性质是其良好的接受电子的能力，这使得富勒烯及其衍生物成为具有广阔应用前景的光电转化材料。研究富勒烯及其衍生物在光电转化、有机聚合物太阳能电池、钙钛矿太阳能电池和光检测器中的应用，以期使更多性能优异的富勒烯新材料得以应用，并进一步提高这些器件的性能，具有重要的理论与实际意义。本论文的主要工作如下:　　(1)合成了两个类PCBM的富勒烯衍生物异构体，表征了它们的光学和电化学性能。与PCBM相比，它们的LUMO能级分别提高15 meV和30 meV。以P3HT为给体，这两个富勒烯异构体为受体的体异质结太阳能电池，在优化了器件制备工艺，例如给受体比例，活性层厚度，并且首次引入C60作为活性层添加剂的基础上，电池的PCE分别达到2.81％和2.57％，都高于基于PCBM的体异质太阳能电池的PCE(2.51％)。　　(2)设计合成了三种具有不同加成数目和LUMO能级的功能化富勒烯衍生物。通过优化铅锡复合钙钛矿制备方法和富勒烯能级，制备了一系列器件结构为ITO/PEDOT∶ PSS/MASn0.5Pb0.5I3/fullerene/LiF/Ag的钙钛矿电池。与目前文献报道的以TiO2为电子传输层材料的电池最高效率(7.24％)相比，基于新合成的富勒烯BPB-M的铅锡复合钙钛矿太阳能电池获得了10.24％的高效率。本文报道的以富勒烯或富勒烯衍生物为电子传输层的铅锡钙钛矿太阳能电池不需要高温处理，工艺更简单，同时光电转换效率更高。这一研究结果对于开发低毒性、高效率、易于制备的富勒烯钙钛矿太阳能电池具有重要的指导意义。　　(3)基于富勒烯及其衍生物的高电子亲和性，设计以六种具有不同LUMO能级的富勒烯或富勒烯衍生物（C60、BPB-M、PCBM、BPB-B、BPB-T和ICBA）作为电子传输层材料，有机无机铅锡复合钙钛矿为光活性层，制备的水平结构和垂直结构光检测器能够实现紫外可见到近红外波段(最大1050 nm)的全光谱检测。以富勒烯衍生物BPB-M作为电荷分离层材料，制备的水平和垂直结构光检测器都表现出最优异的性能。对于水平结构器件，在近红外区的950 nm处，外量子产率、响应度和灵敏度分别达到325％、2.52 A/W和4.7×109 Jones，表现出优异的性能。对于垂直结构器件，在近红外区的950 nm处，响应度和灵敏度分别达到0.185A/W和3.93×1011 Jones。随着使用的富勒烯LUMO能级的提高，器件的性能（EQE、响应度和灵敏度），呈现先升高后降低的趋势，这表明富勒烯能级的与红外光检测器的性能密切相关。当富勒烯LUMO能级比MAPb0.5Sn0.5I3的LUMO能级稍低，在0.10到0.20 eV时，器件表现出最优良的性能。同时MAPb0.5Sn0.5I3材料具有与P3HT类似的缓慢的光响应，表明TLOP具有与P3TH相似的激子传输特性（Frenkel激子类型）。　　(4)在研究富勒烯有机卤化物钙钛矿太阳能电池的同时，发现没有富勒烯参与时，基于有机无机复合钙钛矿材料可以成为一种新型的忆阻器。结构为氧化铟锡(ITO)/聚（3，4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)/CH3NH3PbI3/Cu的器件表现出良好的忆阻器的功能，开关比能达到104，具有良好的记忆特性。在同时具有光和电作为输入源的情况下，器件能够实现逻辑或门的操作，这表明该器件同时具有电致存储器和光致逻辑器件的功能。