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芳香酰亚胺类衍生物作为一类典型的n型半导体材料，在有机光电功能材料的应用方面备受瞩目，经过多年的发展已经成为构筑n型场效应晶体管和有机太阳能电池等电子器件常用的结构单元。本论文主要针对共轭芳酰亚胺类小分子受体展开研究，探讨了稠环芳酰亚胺分子的化学结构对其光学、电化学及光伏性能的影响，并且研究了器件工艺对活性层形貌和器件性能的影响。主要内容和结果如下: 一、研究了一种具有棒状构型的苝酰亚胺三聚体H-tri-PDI在聚合物太阳能电池中的应用，其具有反向结构的电池器件获得了7.25％的能量转换效率，明显地高于正向器件的3.80％的转换效率。通过X射线光电子能谱和接触角测试表明该体系在正向和反向电池器件中具有较大性能差异的原因在于光活性层具有明显的垂直相分布;二维掠入射X射线衍射和共振软X射线衍射测试表明添加剂二苯醚的使用促进了给体和受体材料之间的相分离，提高了相区纯度，使器件具有可以与富勒烯体系相媲美的短路电流密度。 二、采用具有螺旋桨构型的苝酰亚胺三聚体TPH及硒吩关环产物TPH-Se为电子受体材料，以宽带隙的PBDB-T及氟代衍生物PBDB-TF为聚合物给体材料制备了四种聚合物太阳能电池，并细致研究和分析了引起这四种电池器件具有较大性能差异的原因。循环伏安法测试表明氟原子的引入降低了给体PBDB-TF的HOMO能级，使得基于PBDB-TF的电池器件具有较高的开路电压;Photo-CELIV和电池性质随光强的变化测试表明基于TPH-Se的电池器件比TPH的电池器件具有更高的载流子寿命和更低的复合几率，从而具有较高的短路电流密度，可能是由于杂原子Se的引入增强了TPH-Se的分子间作用力。因此基于给体和受体材料间良好的搭配使得基于PBDB-TF:TPH-Se活性层的电池器件具有接近10％的光电转换效率;但由于PBDB-TF与TPH-Se之间的LUMO能级差减小，用于激子解离的驱动力减小，导致器件的填充因子降低。 三、采用光学带隙为1.60eV的噻吩寡聚物DRCN5T为电子给体材料，以具有三维立体构型的TPH为电子受体材料制备了全小分子有机太阳能电池SM-OSCs，细致研究了热退火处理对分子堆积、分子结晶度及取向行为的影响。紫外-可见光谱、掠入射广角X射线衍射、共振软X射线衍射和原子力显微镜测试表明热退火处理明显增强了DRCN5T的结晶性和π-π堆积作用，增加了活性层的吸光强度;同时促进了本体异质结中给体与TPH受体之间的相分离，在活性层中形成了利于载流子传输的连续的互穿网络，极大地提高了空穴和电子传输的平衡性。因此仅通过热退火处理，基于DRCN5T:TPH的电池器件的光电转换效率就从初始的0.47％提高到了6.16％，且具有1.04V的高开路电压和0.56eV的低电压损失。 四、研究了一种简单的修饰方法对苝酰亚胺的同系物—三萘嵌苯酰亚胺(TDI)的光学、电化学和聚集行为的影响，探究了bay位苯基或噻吩基团的取代产物，ph-TDI和th-TDI在薄膜场效应晶体管和有机太阳能电池上的应用。密度泛函理论计算表明噻吩基团或者苯基的引入增加了TDI母核的扭曲程度，且共轭程度的增加降低了材料的带隙;紫外-可见吸收光谱表明TDI的bay位修饰使材料的吸收光谱向长波方向移动，甚至到近红外区域;原子力显微镜和透射电子显微镜测试表明相比于TDI分子的薄膜，ph-TDI和th-TDI均呈现均匀、平滑的薄膜形貌，且较大的晶界缺陷消失，使得ph-TDI和th-TDI薄膜的场效应迁移率和双极性特性得到明显增强;同时取代产物与给体材料PBDB-T之间具有良好的相分离和堆积形貌，当采用非卤、低毒性的邻二甲苯为主溶剂时，基于ph-TDI的太阳能电池取得了5.1％的光电转换效率。