人类对可持续能源的不断追求促进了清洁、可溶液加工本体异质节有机太阳能电池研究的飞速发展。在有机太阳能电池的研究历程中,可溶性富勒烯化合物长期以来一直是最为重要的主角,其在本体异质节太阳能电池中取得了令人瞩目的成就。然而,富勒烯衍生物具有的诸多内在缺点制约了其性能的进一步提升,如在可见光区几乎没有吸收、难以调控的能级、以及形貌稳定性差等,因而迫使研究人员寻找潜在的替代受体-非富勒烯电子受体。苝酰亚胺及其衍生物长期以来一直是非富勒烯受体设计中被广泛使用的构筑单元。它们诸多的特点,如易于功能化、高电子亲和势、合适的光物理性质以及优异的热稳定性等,确立了它们具有成为理想非富勒烯电子受体的竞争力。然而,目前最为先进的苝酰亚胺基器件报道的效率仍然较低,其中最为关键的挑战在于考虑到刚性苝酰亚胺稠环核带来的强聚集倾向,如何维持共混膜中强结晶性与优异载流子传输特性之间的平衡。为了解决这一难题,构建准二维稠环苝二酰亚胺（FPDI）被认为是一种可行的分子设计策略,其具有的较小内置扭曲结构在有效抑制分子强聚集倾向的同时,也很好地维持住了材料本身高效的电子传输能力。为了对稠环苝二酰亚胺体系中材料结构与性质之间的关系、半导体材料的匹配规则以及运作机制有一个基本的了解,从而扩大这一类新的稠环苝酰亚胺受体在非富勒烯有机太阳能电池中的应用,本文设计合成了不同系列的准二维FPDI基电子受体材料。本文的研究工作包括两个部分:第一部分是探讨FPDI结构在构建小分子受体材料中的有效性和适用性,并全面研究了分子几何结构调节对FPDI基非富勒烯太阳能电池性能的影响。第二部分主要通过设计不同的准二维FPDI基聚合物受体进行全聚合物太阳能电池研究。主要的研究工作如下:以准二维FPDI为构筑单元,通过对其港湾位进行硒原子杂环化,设计合成了两种非对称和对称结构FPDI基小分子受体（FPDI-Se和FPDI-2Se）,并深入考察硒杂环的引入对材料的光学和电化学性能的影响。当PTB7-Th为聚合物给体,基于对称环化受体（FPDI-2Se）器件的能量转换效率仅为4.45%,填充因子仅为39.5%。相反,非对称环化受体（FPDI-Se）基器件则表现出显著提高的光伏性能,其中能量转换效率可达6.61%,短路电流密度和填充因子分别提高至14.8 m A/cm~2和56.1%。该结果表明设计开发具有非对称构型的杂原子环化FPDI基小分子受体对于有机太阳能电池光伏性能的提高是一种有效的设计策略。通过桥连单元调节和稠环修饰策略构建了两对FPDI基受体,一对为FPDI-π桥-FPDI的形式（T-FPDI和TT-FPDI）,π桥分别为轴对称的噻吩单元和中心对称的并噻吩单元,另一对为相应的稠环受体（FT-FPDI和FTT-FPDI）。T-FPDI基非富勒烯器件的能量转换效率为5.50%,而TT-FPDI基器件由于开路电压、短路电流密度以及填充因子的同时提高使其效率可提高至7.17%。此外,基于稠环化受体FT-FPDI和FTT-FPDI电池的器件效率分别为6.75%和7.66%,均高于相应的非稠环化受体。最后,进一步选用螺二芴为中心π桥设计了一种新型的准二维FPDI基电子受体（SF-FPDI）,并发现相应器件具有6.24%的转换效率和较低的能量损失（0.76V）。值得注意的是,上述非富勒烯太阳能电池均无需溶剂添加剂处理。通过对共轭中心π桥进行分子修饰设计了两种A-D-A型小分子电子受体（BT-FPDI和f BT-FPDI）。BT-FPDI由于FPDI单元的准二维结构以及FPDI单元与BT单元之间适度的二面角使得其具有高度扭曲的空间构型,而f BT-FPDI则表现出相对平面的几何结构以及对称的FPDI分子翼。当与聚合物给体PTB7-Th共混后,BT-FPDI的本征构型特性使得器件获得了8.07%的转换效率。相比之下,以f BT-FPDI为电子受体的最优器件效率仅为5.89%。该结果表明,与传统的PDI小分子不同,稠环化分子设计策略在FPDI基衍生物中并未产生预期的积极效应,为调控具有准二维结构FPDI基受体的分子几何结构提供了新的思路。为了进一步将准二维FPDI构筑单元拓展到全聚合物太阳能电池,设计制备了一系列N-型聚合物电子受体（PFPDI-TT、PFPDI-T、PFPDI-Se和PFPDI-BDF）。结果表明,FPDI基聚合物受体的光学、电化学、乃至光伏性能都主要由FPDI单元决定,共聚单元的影响较小,明显区别于先前报道的酰亚胺类聚合物受体。以上述聚合物受体和PTB7-Th制备的传统正置全聚合物太阳能电池均表现出超过6%的器件性能以及良好的分子间堆积行为和形貌兼容性（填充因子超过60%）,PFPDI-Se基器件获得了最高的转换效率6.58%。该工作不仅对准二维FPDI基聚合物受体的构效关系进行了深入研究,还阐明了聚合物相容性在高效FPDI基全聚合物太阳能器件设计中的重要性。