随着全球能源结构的改变,市场对新能源材料及其器件的需求日益增长。有机太阳能电池（OSCs）作为取代传统能源的明星候选者,其光电转换效率低下等问题是发展过程中绊脚石。本论文以体异质结（BHJ）OSCs的光电转换机理及性能影响因素为基础,从调控活性层中受体材料的吸收光谱、前线轨道能级、分子构象、分子的聚集态和材料间的相互作用出发,设计并合成了一系列以苝二酰亚胺（PDI）为主体吸光结构和拉电子单元的受体分子。主要研究内容如下:1.设计并合成了四种以咔唑为富电子单元（D）,苝二酰亚胺为第一缺电子结构单元（A₁）,2-（3-乙基-4-氧代噻唑烷-2-亚基）丙二腈/3-（二氰基亚甲基）靛酮为第二缺电子结构单元（A₂）的A₁-D-A₂型不对称小分子受体RPC、FRPC、IPC、FIPC,并应用于OSCs器件。其中,FIPC存在更强的分子内电荷转移、更强的共轭性和平面性,促进了激子解离和电荷传输,并且可见光区光谱与PTB7-Th更为互补。基于PTB7-Th:FIPC的器件初步测试展现出较小的域尺寸,升高的LUMO能级、较好的形貌结构实现了最高为0.94 V的V_OC、9.05 mA/cm²的J_SC、38.6%的FF以及3.27%的PCE。2.设计并合成了以卟啉为间隔基,三苯胺为桥,PDI为端基的小分子受体TP-ZnP,其具有三维空间结构、较弱的分子间相互作用和分子聚集、较强的热稳定性、宽可见光谱吸收以及1.90 eV的光学带隙。使用与其可见光区光谱互补的PTB7-Th、0.5%DIO制备的OSC器件展现出最高为0.84 V的V_OC、14.53 mA/cm²的J_SC、62.7%的FF以及7.65%的PCE。3.设计并合成了苝二酰亚胺、3,3’-二氟-2,2’-联噻吩和卟啉为主链的两种三元共聚物P1和P2,研究了其热学、光学、电化学性质。研究结果表明P1和P2的分解温度均高于400℃,在400-700 nm波长范围内具有较强的吸收,P1和P2的HOMO能级分别为-5.80和-5.82 eV,LUMO能级分别在-3.89和-3.88 eV,电化学带隙为1.91和1.94 eV,在全聚合物OSCs中具有良好的应用前景。