苝二酰亚胺（perylene diimides,PDI）类分子因其具有吸光能力强,易于修饰,稳定性好等特性而被广泛用作有机太阳能电池（organic solar cells,OSCs）中受体材料。PDI分子较大的平面共轭结构有利于其形成紧密的π-π堆积,从而获得较高的电子迁移率。然而,当其应用于OSCs器件中时,这种聚集行为会导致相分离尺度过大,严重阻碍激子的高效解离,进而大幅降低器件的性能。因此,取得分子共轭尺寸与扭曲程度的平衡以兼顾载流子迁移率与激子解离效率是获得高性能PDI类受体的有效途径。基于此,本论文利用“分子工程”策略,以第一代（PDI）和第二代（PDI2）构筑模块为基础,设计合成了一系列具有不同共轭尺寸与扭曲角度的新型PDI受体材料并进行OSCs性能测试。同时,我们以硼-氮结构（B-N）取代PDI2中的乙烯桥（C=C）,开发出了全新的第三代PDI类材料构筑模块PDI2BN。具体研究内容与结论如下:（1）以PDI2为构筑模块,设计合成了具有三维结构的TPDI2及其稠环衍生物FTPDI2,并对该系列分子的光电性质进行了表征。基于其吸收光谱和前线轨道能级,采用PTB7-Th作为给体材料进行OSCs器件的制备和表征。结果显示二者的器件PCE分别达到7.84%和8.28%,均明显高于构筑模块PDI2（5.57%）。相较于PDI2分子,具有更大的扭曲角度的TPDI2分子可有效降低PDI2的聚集倾向,从而获得更高的激子解离效率;而稠环后扭曲角度降低的FTPDI2分子由于达到更佳的扭曲-共轭平衡,其器件PCE得到了进一步提升。（2）以PDI3为构筑模块合成了TPDI3分子及其稠环衍生物FTPDI3,并对其OSCs器件性能进行了表征。研究结果显示,TPDI3分子的器件PCE（8.84%）显著高于TPDI2和稠环受体FTPDI3,这是因为在TPDI2的基础上增大共轭使得TPDI3分子的扭曲角度与共轭尺寸达到了更高的平衡;而其稠环产物FTPDI3的扭曲角度减小,共轭程度增大,导致分子聚集程度增加,器件效率有所下降（7.93%）。结果表明:三维PDI受体的扭曲程度与其共轭尺寸相匹配有助于提升器件PCE。（3）在此基础上,通过调节共轭拓展方式,以PDI和PDI2为构筑模块设计并合成了一系列具有不同扭曲角度和共轭大小的树枝状PDI衍生物。结果显示,具有大扭曲角度和较小共轭尺寸的TTPDI表现出最低的PCE,而通过降低扭曲角度（TFTPDI）或增大共轭尺寸（TTPDI2）均实现了PCE的显著提升。这进一步证明了PDI受体分子的扭曲角度与共轭尺寸取得平衡有助于获得较高的器件效率。（4）以B-N代替PDI2和PDI3中的C=C桥,设计合成了新型的构筑模块PDI2BN和PDI3BN分子,光电性质和构型表征结果显示PDI2BN和PDI3BN分子不仅保留螺旋状构型,在300-600 nm内表现出较强的吸收、兼具出色的热稳定性,并且易于衍生,是理想的下一代构筑模块。本论文设计合成了一系列三维PDI分子和B-N掺杂的新一代PDI构筑模块,并深入研究了其构效关系,这将为PDI类分子的研究与应用提供理论基础和实验依据。