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近日,依赖于人们对非富勒烯小分子受体（NFAs）的设计与合成,基于这类分子的有机太阳能电池（OSCs）的光电转化效率（PCE）增势迅猛。其中最好的例子就是2020年1月由丁黎明课题组在《科学通报》上发表的以D18为给体,Y6为受体的体系,其光电转化效率达到了18.22%。为了进一步提高这种给受体体系工艺水平的光电转化效率,人们致力于开发更多新的给受体材料。作为一种将太阳光能转化为电能的装置,其材料应该具有广泛吸收太阳光的特点,这是提高太阳能电池光电转化效率的关键方法之一。比较成功的单晶硅太阳能电池具有很宽的光谱吸收带,可以响应到1100nm,使得其光电转化效率超过25%。因此,在有机太阳能电池领域,设计合成和运用窄带隙光电材料对于进一步提高光电转化效率是至关重要的。尽管效率已经接近Shockley-Queisser理论最大值,但是基于非富勒烯受体的太阳能电池能量损失巨大（0.7-1.0 eV）,这就导致器件的实际开路电压小于材料光学带隙的一半。此外,人们致力于合成窄带隙的材料是因为这类材料的光谱吸收较宽,有利于提高器件的效率。因此分子能级差和吸收光谱之间的这种趋势使得器件不能同时获得高的开路电压(VOC)和短路电流密度(JSC),由此人们想到了中带隙材料,一方面,这类材料较高的LUMO能级会提高器件的开路电压,另一方面,如果聚合物给体材料匹配得当,也可能获得较高的短路电流密度。因此在本文第三章中,我们以此为思路,展开研究。第三章中,我们将吸电子能力较弱的封端基团巴比妥酸（TBA）引入到非富勒烯受体中的一个目的是使分子光谱吸收发生蓝移以匹配窄带隙聚合物给体材料,另一个是提高分子能级以达到减少太阳能电池中的能量损失的目的。为了系统的验证结构改变对以TBA为端基的非富勒烯受体的性能影响,我们以TBA为封端基团,连以不同的给电子芳核,得到三个中带隙非富勒烯电子受体,分别命名为IDT-T、C6IDT-T、IDTT-Th-T。由于C6IDT-T这个分子具有高的摩尔消光系数,高的激子解离率等,因此基于此材料的器件效率到达了7.72%,比其他两个材料的都高,这也说明了侧链结构的改变对于这类以TBA为端基的非富勒烯受体光电性能的改善至关重要。第四章中,通过钯催化的Stille偶联反应合成了i-CDT-CHO,又分别以IC、2F-IC、CPT为封端基团,设计并合成了三种基于CDT单元的新的非富勒烯小分子受体,即i-CDT-IC、i-CDT-4F和i-CDT-CPT。研究了基于不同端基的非富勒烯受体在光谱吸收和能级方面的差异,并系统的探究了制备器件的最佳给受体比例和最佳退火温度,对其光电性能系统的研究更是说明了基于i-CDT-CHO的非富勒烯受体的可利用性。由于i-CDT-4F这个材料较红的光谱吸收和最高的激子解离率,因此基于PBDB-T:i-CDT-4F优化后器件的VOC为0.75,JSC为17.03mA/cm-2,FF为49.8%,得到了三个材料中最高的器件效率6.36%,这说明以2FIC为非富勒烯小分子的端基对其光伏性能的提高意义重大。