光伏技术可以直接将光能转化成电能。其中基于溶液制备的体异质结（BHJ）有机太阳电池（OSCs）与传统的硅太阳电池相比,有着低成本、质量轻、可卷对卷生产等一系列优点。有机太阳电池从1986年首次被报道以来,能量转换效率（PCEs）节节攀升。随着新材料和新技术的出现,这一效率还将继续被刷新。卟啉类材料以其优异的光化学性能,一直受到本领域研究者的广泛关注。以卟啉作为太阳电池的给体材料已经取得了很大的进展。然而卟啉类太阳电池受体材料的研究报道还非常有限,这类小分子受体的设计和合成在太阳电池研究中可能具有很大的前景。苝四甲酰二亚胺（PDI）类基团具有较强的吸电子能力,基于PDI基团的受体材料一般具有较好的光伏器件性能。本论文设计和合成了一系列新型PDI类卟啉小分子太阳电池受体材料。通过对比研究,探讨了不同分子结构对PDI类卟啉受体材料光学和电化学性能以及器件光伏性能的影响,为今后的分子设计优化提供了经验。具体的研究内容包括以下几个部分:在第二章中,将两个吸电子苝四甲酰二亚胺二聚体（DPDI）基团通过乙炔桥连接到卟啉（中心给电子核）的两个meso位上,设计和合成了一个卟啉上不带侧链的受体小分子Por-DPDI和两个卟啉上带不同侧链的受体小分子TEHPor-DPDI和BBOPor-DPDI,并分别与给体聚合物PTB7-Th构建太阳电池的活性层,制备了OSCs器件。合成卟啉上无侧链的小分子受体Por-DPDI时步骤更少,产率较高,对应的OSCs器件也获得了更高的效率,优化后的PCE为5.21%,Voc为0.66 V,Jsc为13.54 m A cm-2,FF为58.29%。其主要的原因可能是:与卟啉上带侧链的小分子TEHPor-DPDI和BBOPor-DPDI相比,卟啉上不带侧链使小分子Por-DPDI的共轭主链间形成了更好的π-π堆积并获得了更高的Jsc。这一研究证明了新的吸电子基团DPDI的有效性,以及卟啉上无侧链小分子在合成和性能上的优势,为今后PDI类卟啉小分子受体的分子设计扩宽了思路。在第三章中,将吸电子的PDI单体或二聚体通过乙炔桥连接到卟啉核的两个或四个meso位上,设计和合成了四种PDI类卟啉小分子受体TEH-PDI、TEH-DPDI、TPDI和TDPDI,并与卟啉小分子给体C19OD-DPP首次制备了全卟啉太阳电池器件。研究表明,与自然界的叶绿素本身就能完成光能的吸收一样,OSCs的活性层材料也可以全部使用卟啉衍生物实现光伏效应。尽管光伏器件的PCE并不高,但通过协同调节吸电子基团的种类、数量以及与卟啉核的连接方式,可以调节小分子受体的能级、溶解性和分子共平面性等,有望进一步提高器件的效率。这一研究为全卟啉有机太阳电池材料的开发和器件制备开辟了道路。在第四章中,设计和合成了卟啉单体C19OD-PDI和卟啉二聚体DPor-PDI,其中二聚体是将两个相同的卟啉单体通过卟啉meso位上的单键连接。将卟啉单体或卟啉二聚体与给体PTB7-Th一起制备了OSCs器件。与卟啉单体相比,基于卟啉二聚体DPor-PDI的器件获得了更高的Jsc,但是器件的Voc和FF都较低,导致PCE下降。吸收光谱和外量子效率（EQE）的测量结果表明,Jsc的提高是由于DPor-PDI器件显著地提高了材料对光能的利用率。但小分子DPor-PDI中由于单键的引入,两个卟啉单元不共平面,在薄膜状态下分子间不容易形成有序的堆积,所以器件的FF较低。结果表明,基于卟啉二聚体小分子受体材料的后续分子设计上,需要注意调节它的LUMO能级以获得高的Voc,还需要改变卟啉二聚体的连接方式,提高分子的共平面性和在混合膜中的有序堆积程度。近些年来,卟啉BHJ太阳电池中给体和受体的材料都是对卟啉meso位的修饰,而叶绿素中的吸电子羰基是在β位上的,所以对卟啉的β位进行功能化在OSCs研究中具有重要的科学意义。在第五章中,以给电子卟啉核为中心,通过β位的乙炔桥连接四个PDI基团,设计和合成了一种β位取代的PDI类卟啉小分子β-TPDI-Ni,与给体PTB7-Th一起制备了OSCs器件。这是首次将β位修饰的卟啉材料应用于BHJ有机太阳电池中,器件的Voc为0.65 V,Jsc为10.21 m A cm-2,FF为45.97%,PCE为3.03%。