尽管富勒烯及其衍生物(包括PC61BM和PC71BM)已被用作有机太阳能电池的电子受体材料,但存在价格昂贵、光吸收范围窄等不足。与之相比,非富勒烯有机小分子具有较宽的光谱吸收范围、制备和提纯简单、化学结构易修饰等优点,这使得非富勒烯有机小分子光伏材料已逐渐成为有机小分子光伏材料研究领域的新热点。基于此,本文设计并合成出由不同取代基和中心单元修饰的非富勒烯有机小分子,以探究材料的性能与化学结构之间的关系。本论文以苯并噻二唑、单氟取代的苯并噻二唑和喹喔啉作为中心吸电子单元,通过2-氰基苯乙烯基π桥键来连接不同的吸电子末端基(包括硝基、三氟甲基吡啶、三氟甲基苯、氟苯),从而设计出三个系列9种新型的A-π-A’-π-A型非富勒烯有机小分子光伏材料。此外,为了研究不同空间结构对材料光伏性能的影响,以三苯胺作为中心给电子单元,以三氟甲基吡啶基和三氟甲基苯基为末端吸电子单元,设计出2种D(-π-A)3星型有机小分子。利用密度泛函理论和含时密度泛函理论计算、紫外可见吸收、循环伏安测试分别研究了分子的能级、电子云分布、理论紫外吸收、光学性质、电化学性质。最后将合成出的分子作为受体,经溶液过程制作成本体异质结光伏器件并初步进行了光伏性能测试。基于以上测试,得出以下结论:(1)BTTCNBF材料的Jsc高达5.29 mA cm-2,PCE达到1%;(2)氟取代的苯并噻二唑类材料具有低的HOMO能级,进而获得了低的Voc;(3)BT、fBT以及Qx系列材料均实现了30-47 nm不同程度的红移,这说明这些材料分子间作用强,有利于改善材料的成膜性;(4)四个系列材料的Jsc按照TPA、fBT、Qx以及BT的顺序依次增大,这归功于材料对太阳光的吸收能力不同;(5)基于fBTTCNBNO和BTTCNBF的全小分子有机太阳能电池的初步研究中,均获得了超过0.90 V的Voc,这要高于P3HT-小分子体系。本论文从不同化学结构与光伏性能之间的关系角度出发,共合成出11种目标分子,并对光伏性能进行了初步测试,从理论和实验上分别讨论了不同中心单元、不同末端基以及不同空间立体结构对材料光电和光伏性能的影响,为非富勒烯有机小分子受体光伏材料的设计提供思路。此外,基于上述四个系列材料的光伏器件优化正在进行当中。