有机太阳能电池因为成本低、质量轻、柔性等特点受到广泛关注，随着光伏材料的开发和器件工艺的优化，目前最高的单结器件性能已经突破13％。有机太阳能电池中的核心部分是由电子给体和电子受体共混而成的活性层。本论文主要围绕有机太阳能电池中受体材料存在的问题进行研究，完成了如下三部分工作:　　(1)有机太阳能电池的能量转化效率(PCE)低于无机太阳能电池，一个重要原因是有机半导体材料相对介电常数（εr）低。虽然理论上，高εr有机半导体材料能够带来器件效率的突破，但是实际上未见报道，这是因为实现高εr的要求与良好的体相异质结共混相分离形貌存在矛盾。在本部分工作中，我们开发了一系列含有氰基的富勒烯受体材料，同时实现了高εr和良好的共混相分离形貌。由于氰基具有大偶极，该系列含有氰基的富勒烯受体(εr=4.9)具有比经典富勒烯材料[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PC61BM，εr=3.9）更高的εr。高εr的实现没有降低富勒烯受体的电子迁移率，也没有改变材料的最低未占轨道(LUMO)能级和最高占据轨道(HOMO)能级。尽管含有氰基的富勒烯受体材料极性增大，它们仍然能与经典的高分子给体材料具有较好的相容性，实现了尺寸约20 nm的双连续互穿网络相分离结构。以该类材料作为受体的异质节有机太阳能电池光电转化效率PCE=5.55％，高于经典富勒烯受体PC61BM(PCE=4.56％)。　　(2)基于1，4，5，8-萘四甲酸二酰亚胺(NDI)的高分子受体材料是一类性能优异的高分子受体材料，但是其LUMO能级偏低，而且无法通过共聚单元进行调节，导致器件开路电压(VOC)低。在本部分工作中，我们利用1，2，5，6-萘四甲酸二酰亚胺（iso-NDI）单元开发了一系列具有高LUMO能级的高分子受体材料。对该系列材料的热学、光学、电化学、电子传输性质进行系统的研究，并且进行了全聚合物太阳能电池器件表征。以iso-NDI和联噻吩单元构筑的材料ELUMO为-3.50 eV，比相应的NDI聚合物LUMO能级（ELUMO=-3.86 eV）高约0.36 eV。结果，全聚合物太阳能电池器件VOC提升0.3 V。该系列高分子受体材料与P3HT的全聚合物太阳能电池器件VOC达到0.9 V，PCE为0.27％。这一结果证明，iso-NDI是一个可以实现具有高VOC的高分子受体的建筑单元。　　(3)新型非富勒烯受体材料的发展，要求不同的高分子给体材料与其匹配。含有硼氮配位键(B←N)的高分子受体表现出较大的潜力。但是与其匹配的高分子给体材料的研究尚未开展。鉴于高分子材料的结晶性对于高分子给体和高分子受体共混形貌和器件性能的影响，本部分工作设计合成了四个以聚(苯并二噻吩(BDT)-alt-4，7-二噻吩[2，1，3]苯并噻二唑(DTBT)单元）为主链的高分子给体材料，通过改变BDT共轭苯基侧链中氟原子的数量和DTBT中烷基侧链的位置，调控高分子给体材料的溶液聚集性质和结晶性。实验结果表明，相比于在苯并噻二唑上引入烷氧基侧链，在噻吩上引入支化烷基侧链导致高分子主链扭曲程度增加，溶液聚集性质变弱，结晶性降低。BDT中苯基侧链上氟原子数量增多，不仅导致高分子材料LUMO/HOMO能级降低，而且使高分子的溶液聚集性质增强，结晶性增强，空穴迁移率提升。在这四个高分子中，苯并噻二唑上引入烷氧基侧链、BDT苯基侧链上含有四个氟原子的高分子材料表现出最优异的全聚合物太阳能电池器件性能，其LUMO/HOMO能级为-3.15 eV/-5.32 eV，光学带隙为1.82 eV，空穴迁移率为1.49×10-4 cm2 V-1 s-1，在邻二氯苯溶液中的吸收光谱具有温度依赖性质。与高分子受体材料P-BN-DPPPy共混的全聚合太阳能电池器件的VOC为1.06V，短路电流(JSC)为9.59 mA/cm2，填充因子为49.5％，PCE为5.04％。