社会正处于高速发展的时代,不可再生能源的快速消耗迫使人们不得不发展其他的有效的新能源技术,核能、地热能、太阳能等都是有着无限开发潜力的新能源,而成本低廉,对环境友好,便于工业制造的有机光伏电池(organic photovoltaics,OPV)正是一种有效利用太阳能的方式。从以前的有机光伏材料的研究工作发现,过去十几年的主要受体材料是富勒烯及其衍生物一类,但是其可见光吸收弱,不易提纯,成本高昂,形貌的稳定性较差且不易修饰等缺点明显,并且基于富勒烯受体(FA)的有机光伏电池效率也已达到瓶颈,难有突破性进展。因此,非富勒烯受体(NFA)材料的设计合成受到广泛的关注,通过化学结构裁剪,器件工艺不断优化,其与聚合物给体材料所组成的有机光伏电池的效率已超过富勒烯衍生物,近两年报道以非富勒烯类小分子作为受体材料的器件效率不断攀升,已经超过17%。NFA材料以ITIC类稠环受体为主,研究人员在这类分子的优化设计方面进行了大量的实验,通过改变分子的中心骨架结构,侧链取代基团,封端基团和桥联单元都可以调整受体小分子的光伏性能。ITIC类分子结构大体为受体-给体-受体(acceptor-dornor-acceptor A-D-A)型,较苝二酰亚胺类、二噻吩并吡咯并吡咯二酮类,在光谱响应和器件效率上都有优势,但其结构类型是否最优,还有待商榷,因此对于新型受体材料的开发工作仍需不断发展。第二章中,我将给电子能力较强的二噻吩并呋喃环代替环戊二噻吩,与缺电子单元苯并噻二唑相连作为中心骨架,与茚满二酮端基结合合成A-D-A-D-A型小分子受体GQIC。分子结构改变后的GQIC的光谱响应有较大的拓宽,其薄膜吸收带边为910 nm,比ITIC红移109 nm,其最高占有轨道(HOMO)/最低未占据轨道(LUMO)能级分别为-5.44/-4.02 eV。分子的聚集行为和光伏性能较ITIC有所差异。氟原子的引入可以有效调控分子能级和光学带隙,可以增强分子对光的收集能力和提高短路电流密度(JSC)。第三章中,采用端基工程在小分子的茚酮端基上引入氟原子,合成了小分子GQIC-4FIC。与GQIC非氟化小分子相比,氟化的分子光谱吸收边红移近10 nm,分子的能级明显下降,其HOMO/LUMO能级分别为-5.61/-3.92 eV。分子的堆积性能和结晶性能有所变化。在第四章中,我们根据文献合成ITOR-IC系列光电性能较优异的小分子受体,并将其同给体材料PM6进行匹配,并且优化了器件工艺,制作光伏器件并比较分析,针对有无氟原子,和氟原子取代位置对小分子光谱吸收、电化学、介电常数等的影响进行分析,研究了介电常数与所制备器件的光电性能的相关性。氟原子引入端基的受体,有效地减小了带隙并增强NFA的介电常数(εr),ITOR-4FIC不仅在三个材料中表现最高的ε_r5.1(ITOR-IC的4.03和ITOR4F-IC的4.46),而且还与供体材料PM6结合的器件表现出11.1%的最佳PCE。