苝二酰亚胺（Perylene Diimides,PDIs）及其衍生物,因其具有吸光能力强及光、热稳定性好等特点,而在有机太阳能电池（OSCs）中得到了广泛的应用。但PDI分子具有较大的共轭平面,使其在共混膜中发生严重的自聚集,形成过大的晶畴,导致器件性能降低。为了抑制分子自聚集,提升器件效率,形成扭曲结构破坏PDI分子平面性是有效途径之一。此外,在分子骨架中引入杂原子是提升器件性能的有效手段之一,不仅能有效地调控PDI分子的光电性能,而且可以通过杂原子之间的弱相互作用调控其自组装行为,从而改变其堆积形貌,改善器件性能。基于此,本论文以具有扭曲结构的PDI2（PDI二聚体）作为构筑模块,通过分子工程策略,在bay位引入杂原子,合成一系列杂原子掺杂的PDI2类受体分子,应用于有机太阳能电池中,探究结构对性能的影响。本论文研究内容及成果如下:（1）设计合成了一系列氮掺杂的受体材料,探究氮原子掺杂和分子结构对称性对器件性能的影响。研究表明,当氮原子未被取代时,对称结构的PDI2-2N比不对称结构的PDI2-N具有更高的器件效率;当氮原子被烷基链取代时,对称结构PDI2-2N-2C6的器件性能却低于不对称结构的PDI2-N-C6。实验结果证明,分子结构的对称性与器件性能的提升之间没有普适性规律,这值得我们继续进行探索研究。（2）我们选取硒原子作为杂原子。为了抑制聚集和调控形貌,提升器件效率,我们提出“三合一”分子设计策略,将杂原子掺杂、三聚和共轭体系的延伸结合起来,合成了TPDI2-Se受体材料。以PTB7-Th作为给体材料,制备有机太阳能电池进行初步的探索研究。研究表明,与共轭较小的TPDI-Se器件相比,基于TPDI2-Se的器件可获得8.59%的PCE。“三合一”设计策略为开发高性能的PDI衍生物提供了实验基础。本论文为设计合成高性能材料,探究了氮原子和分子结构对称性对器件性能的影响,同时开发了一种新型的“三合一”分子设计策略,为PDI类N型半导体新材料的设计提供思路。