本文设计、合成了14种丙二腈取代烷基喹吖啶酮化合物,并对其光物理特性、热力学特性、电化学特性、单晶结构、自组装特性、分子轨道分布及其体异质结光伏器件的制备、优化和机理等进行了研究,讨论了材料分子的结构、自组装特性等与光伏器件性能之间的关系,获得了一些具有较好光伏特性的小分子受体材料。1、合成了8种双丙二腈取代烷基喹吖啶酮化合物,研究了丙二腈基团的引入对烷基喹吖啶酮材料性能的影响。该系列化合物具有较窄的带隙,较好的溶液加工特性,较高的热稳定性,可逆的电化学氧化还原性能以及与P3HT匹配较好的分子轨道能量。是一类适合于有机体异质结太阳能电池的小分子受体材料。2、通过X-射线单晶衍射、XRD及DSC等方法分别研究了丙二腈取代烷基喹吖啶酮系列化合物的分子构型与分子堆积方式、晶体层状结构与二维生长优势,以及无定形冷却与热致结晶的特性。丙二腈基团的引入使喹吖啶酮刚性核发生较大程度的弯曲,降低分子间π…π相互作用力,进而降低分子的结晶能力。分子间其它各种弱相互作用的竞争使不同分子具有不同的聚集特性和结晶特性,该研究对丙二腈取代烷基喹吖啶酮系列化合物在有机体异质结太阳能电池中的应用和对电池活性层形貌的控制与理解等方面有重要的意义。3、通过紫外-可见吸收光谱、原子力、XRD等方法考察了系列丙二腈取代烷基喹吖啶酮受体材料在有机体异质结太阳能电池活性层中的吸收特性和聚集特性,同时采用空间电荷限制电流(SCLC)方法估算了材料的电子迁移率。以P3HT为给体制备了基于丙二腈取代烷基喹吖啶酮受体材料的体异质结光伏器件并对器件性能进行了表征。结果表明,通过引入吸光型受体材料可以明显增加光伏器件对太阳光谱的响应范围,取代烷基的长度对材料的迁移率、成膜特性、与给体分子的相互作用以及器件性能有较大影响。其中以DCN-8CQA为受体的光伏器件实现了1.57%的光电转换效率,仅次于国际报道的非富勒烯小分子受体材料体异质结光伏器件性能的最高值2%,证明丙二腈取代烷基喹吖啶酮是一类较好的小分子光伏受体材料。4、设计合成了一系列单丙二腈取代烷基喹吖啶酮化合物。系统研究了这些化合物的光物理、热力学、电化学以及光伏性能。单丙二腈取代烷基喹吖啶酮较双丙二腈取代烷基喹吖啶酮化合物有更高的LUMO能量,采用单丙二腈取代烷基喹吖啶酮化合物制备出的光伏器件具有显著提高的开路电压。通过XPS分析证明在有机/铝界面处受体分子与金属铝的相互作用以及氧化铝薄层的形成可能也是引起开路电压提高的重要原因之一。该研究注重于体异质结光伏电池有机/电极界面,对进一步提高开路电压,提高电池光电转换效率的研究具有重要的指导意义。