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基于溶液法制备的本体异质结(BHJ)有机太阳能电池(OSCs)在过去几十年里引起工业界和学术界越来越多的兴趣,主要是由于它们在易加工、低成本、柔性和半透明方面具有显著优势。特别地,用于OSCs的非富勒烯受体在最近受到了广泛关注,因为它们具有以下优点:能级可调、在可见光甚至近红外光区(Vis-NIR)具有很强的吸收、易于纯化。在这篇论文中,合成了几个系列的受体-给体-受体(A-D-A)型非富勒烯受体(NFAs),并研究了它们的光学和电化学性质、电荷传输性能及其光电特性。主要内容概括如下:在第二章,采用不对称的噻吩环合成A单元时,可以得到两个异构体,通过实验和理论的相关研究,表明能量低的异构体是主产物。噻吩作为端基的ITIC型的非富勒烯受体ITCT具有明确的A单元结构,与PTB7-Th能很好地匹配。未优化的PTB7-Th/ITCT共混膜实现了可观的8.23%的光电转化效率(PCE),相对较高的开路电压(VOc)为0.96 V。当器件添加0.1%的1,8-二碘辛烷(DIO)并进行热处理后,活性层呈现更有序的结晶形貌,器件取得了高的光电转化效率(10.42%),其中,Voc为 0.95V,短路电流(Jsc)为 15.13mA·cm-2,填充因子(FF)为 0.72。在第三章,设计合成了一种新的富电子的5,5,12,12-四-(4-己苯基)-引达省二-(二噻吩并[3,2-b:2’,3’-d]吡咯)(INP)中心环。INP与2-(3-氧-2,3-二氢-1-亚甲基)丙二腈(IC)和氟化的IC通过Knoevenagel缩合反应构建了两个非富勒烯受体(INPIC和INPIC-4F),对其进行了系统化的表征。由于INP具有较强的供电性,这两个分子表现出宽而强(600～900 nm)的吸收。相比对应的INPIC,氟化的非富勒烯受体INPIC-4F表现出更强的近红外吸收,光学带隙为1.39 eV,具有更好的结晶性以及更高的电子迁移率,同时,最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)能级都得以降低。基于INPIC-4F的电池最高效率为13.13%,能量损失(Eloss)仅为0.54 eV,这一效率是目前二元器件的最高效率之一。在第四章,通过在引达省并二噻吩(IDT)上引入烷氧基,合成了两个新的非富勒烯受体。经锡化、Stille偶联、Friedel-Crafts分子内成环等反应,构建关键D单元,并研究了烷氧基侧链光学和电化学性能的影响。因为非共价键作用的存在,IDTO-IC和IDTO-IC-4F具有较差的溶解性和很强的结晶性,初始的电池效率最高为2.28%,Jsc和FF都很低。