近年来,有机太阳能电池（Organic Solar Cells,OSCs）取得了巨大的发展。高性能非富勒烯受体材料的出现和发展,使得有机太阳能电池的能量转化效率超过了19%。然而,传统的稠环非富勒烯受体材料的合成步骤复杂繁琐,器件稳定性较差。本论文中,我们围绕有机太阳能电池领域的核心科学问题,以构筑合成简单、效率高、稳定性好的体系为目标,利用非稠环结构的分子设计策略,设计合成了一系列新的具有非共价相互作用的非稠环小分子受体,并对其光学,电学及其器件性能进行了系统的研究。内容如下:一、利用非稠环结构的分子设计策略,分别以吡嗪、嘧啶、哒嗪为中心π桥,环戊联噻吩（CPDT）为给体单元,氟代氰基茚酮为末端基团,合成了2,3BQ-ICF、2,5BQ-ICF、2,3BQ-ICF和4,6MD-ICF四个新的具有A-D-π-D-A结构的非稠环小分子受体,与给体材料PM6搭配,分别制备了有机太阳能电池器件。其中基于PM6:2,5BQ-ICF的器件获得了最高的6.28%的能量转化效率,是由于2,5BQ-ICF分子具有红移的吸收,平面的分子构型以及良好的共混膜形貌。二、设计并合成了两个新的A1-D-A2-D-A1结构的具有近红外吸收的非稠环小分子受体BDTC-F和BDTC-Cl,以环戊联噻吩（CPDT）为给体单元,苯并[1,2-c:4,5-c’]二噻吩-4,8-二酮（BDD）为受体单元,氟代氰基茚酮（IC-2F）和氯代氰基茚酮（IC-2Cl）为端基。中心吸电子基团BDD的引入使两个小分子受体HOMO能级降低,吸收边接近900nm。分子内部形成非共价键相互作用使分子表现出平面的分子构型,促进了分子内的电荷转移。基于PM6:BDTC-F和PM6:BDTC-Cl器件的能量转换效率均超过了10%,并表现出了低的非辐射能量损失和出色的空气稳定性。三、通过在BDD和CPDT基团之间引入了噻吩π桥,设计并合成了两个新的具有反转构象的A1-D-A2-D-A1型非稠环小分子受体TBDD-F和TBDD-Cl。噻吩π桥的引入,既保持了分子的平面构型,又使得分子骨架的给电子能力增强,HOMO能级得以抬升。基于J52:TBDD-F和J52:TBDD-Cl的器件分别可以获得6.46%和5.36%的能量转换效率。四、基于三元电池中吸收互补、降低电压损失的原则,设计并合成了两个新的具有A1-D-A2-D-A1结构的非稠环小分子受体TT-BDD-F和TT-BDD-Cl,将它们作为第三组分以进一步提升目前最高效的PM6:Y6体系的效率。基于PM6:TT-BDD-F的二元器件的开路电压超过1V,有利于提升三元器件中的开路电压,降低电压损失。TT-BDD-F的吸收范围正好补充了PM6和Y6共混膜吸收中较弱的部分,有利于提升三元器件中的短路电流密度,归因于TT-BDD-F的加入协同提升了器件的短路电流密度和开路电压,相比二元器件,三元器件获得了更高的15.36%的能量转化效率。