非富勒烯受体材料拥有材料来源广、易合成、结构能级和带隙易于调控等优势受到了广泛研究。基于非富勒烯小分子受体材料的有机太阳能电池器件,已达到18%以上的光电转换效率。为满足商业化的要求还需要解决成本和器件稳定性等问题。传统稠合非富勒烯受体含有较大的稠环骨架,这必然增大合成难度,进而增加合成成本;更高的稠合程度也会降低材料的溶解性,给材料提纯和器件制备带来困难。而在非稠合小分子受体材料中,结构单元间通过单键的连接,省去了稠合骨架中的成环反应,有效降低了材料合成难度和成本。各单元间通过分子内非共价相互作用,形成分子锁结构,使得非稠合受体分子拥有良好的平面性。进而能保证较好的分子堆积和电荷传输性能。本论文主要设计合成新颖的非稠合非富勒烯受体分子,并通过构建有机太阳能电池器件,研究分子结构的调整与器件性能的关系。通过不同官能团修饰,调节分子电荷迁移率,进而调控器件性能。具体内容如下所述:1.设计并合成了两个基于苯并噻二唑、二噻吩并环戊二烯和氰基茚酮的A-D-A’-D-A型非稠合非富勒烯受体材料BT-F和BT-Cl,并构筑了有机太阳能电池器件,系统研究了目标分子的光伏性能。BT-F和BT-Cl分子中,各结构单元间N···S和O···S非共价相互作用,使得目标分子具有良好的平面性,有利于分子堆积和电荷传输。将目标分子与廉价易得的给体材料PTQ-10搭配,进一步降低材料成本。基于PTQ-10:BT-F的器件得到最优的PCE为8.26%。由于含有氯代端基的BT-Cl具有更强的光吸收范围,更高的电子迁移率,使得基于PTQ-10:BT-Cl共混膜的器件表现出更高为8.65%的效率。基于PTQ-10:BT-F和PTQ-10:BT-Cl共混膜的器件都有较低的电压损失,分别为0.57 V和0.59 V,表明器件具有比较均衡的Jsc和Voc。未封装器件在空气中存放时具有良好的稳定性。本工作对制备低成本、高稳定性、有商业化应用前景的有机太阳能电池器件有着参考作用。2.设计并合成了两个基于卤代噻吩、二噻吩并环戊二烯和氯代氰基茚酮的非稠合非富勒烯受体材料FTh-IC4Cl和Cl Th-IC4Cl,构筑了有机太阳能电池器件,研究了目标分子的光伏性能。卤素原子能有效调节分子能级。卤素原子还能形成分子内的杂原子-杂原子非共价相互作用,使FTh-IC4Cl和Cl Th-IC4Cl均有良好的平面性。初步测试了基于J52:FTh-IC4Cl和J52:Cl Th-IC4Cl体系的有机太阳能电池器件性能。J52:FTh-IC4Cl体系添加SHNa得到较好器件性能,PCE值为4.02%。在J52:Cl Th-IC4Cl体系中,ODT为添加剂时,器件PCE值为4.37%。氯代分子表现出比氟代分子更好的光伏性能。3.设计了两个基于多个O···S非共价相互作用的A-D-A’-D-A型非稠合非富勒烯受体分子ROBT-F和ROBT-Cl,得到了前体分子,并对目标分子进行了理论计算的研究。ROBT-F和ROBT-Cl结构单元间多个O···S非共价相互作用,使目标分子骨架具有较好的平面性。氯代分子ROBT-Cl比氟代分子ROBT-F具有更窄的带隙和更低的能级。理论计算表明分子设计具有合理性。4.设计合成了一系列蒽嵌蒽衍生物A-OC8,BT-A-BT,Na-A-Na和Az-A-Az,构筑了场效应晶体管器件,研究了目标分子的载流子迁移率等特性。通过利用不同取代基团来调节分子的能级和分子堆积。特别是Az-A-Az分子,具有最窄的带隙和较合适的HOMO能级,最小的扭转角。基于不含官能团的A-OC8分子的有机场效应器件,有0.026 cm~2 V-1 s-1的迁移率。当引入苯并噻吩取代基后,其迁移率降低至7.58×10-4cm~2 V-1 s-1。引入萘后,器件迁移率提升至0.078 cm~2 V-1s-1。而基于Az-A-Az的器件有着最高达到0.13 cm~2 V-1 s-1的迁移率。本工作表明薁能有效调节分子能级和堆积,是构建高性能有机半导体材料的重要结构单元。