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近些年有机太阳电池（OSCs）由于具有质量轻、成本低以及能够通过印刷方式制备等一系列优势而引起广泛关注。但其光电转换效率（PCE）相比于无机电池来说仍然较为逊色。为了提高OSCs器件效率,研究者们在新材料设计、形貌调控、界面工程以及物理机制等方面做了大量工作。此外,通过中间连接层（ICL）将两个具有互补吸收的子电池串联起来的叠层器件结构可以有效降低单结器件中无法同时避免的热损耗和透射损耗,是进一步提高有机光伏PCE的有效策略。同时,随着OSCs效率的不断提高,开发面向商业应用的高性能大面积器件也成为领域热门。本学位论文的研究内容主要是基于茚并芴稠合衍生物宽带隙小分子非富勒烯受体,开展了一系列高效叠层以及大面积器件工作,主要分为以下四部分展开:第一部分工作基于课题组前期发展的宽带隙小分子受体Tf IF-IC,在末端基引入氟原子以调控材料的吸收和能级,合成了新的宽带受体Tf IF-4F。与Tf IF-IC相比,Tf IF-4F的分子能级有所降低并且其吸收光谱发生红移。同时氟原子的引入也使得Tf IF-4F分子堆积更有序,因此表现出更高的电子迁移率。当与给体PBDB-T-2F共混制备单结器件时,其最优PCE达到13.1%,同时开路电压(VOC)高达0.98 V,对应0.63 e V的低能量损失,这在光学带隙超过1.6 e V的OSC中属于性能最好的一个体系。由于PBDB-T-2F:Tf IF-4F体系的宽带隙吸收特性,非常适合应用于OSC叠层器件的构筑。当将PBDB-T-2F:Tf IF-4F用作前层子电池与PTB7-Th:PCDTBT:IEICO-4F搭配制备串联器件时,实现了15%的PCE。这些数据表明,Tf IF-4F是一个非常高效的宽带隙非富勒烯受体,在叠层器件中有着巨大的应用潜力。第二部分工作在前期工作的基础上,通过端基氯化设计了一个新型的非富勒烯受体Tf IF-4Cl。与Tf IF-4F相比,氯原子的引入不仅导致其吸收光谱进一步红移,更重要的是,其分子取向得到了大幅改善。当与给体PM7共混制备器件时,最优PCE达到了14.0%,对应的短路电流密度(JSC)为18.5 m A cm-2,填充因子（FF）为78%,VOC更是高达0.97 V。通过光致发光（PL）和时间分辨光致发光（TRPL）测试发现PM7:Tf IF-4Cl体系具备高效的电荷转移和激子解离效率,此外由于其高效的电荷传输能力,基于PM7:Tf IF-4Cl的器件效率展现出较低的活性层厚度依赖性。基于PM7:Tf IF-4Cl体系的高VOC但相对较低的JSC有利于降低大面积器件中的热损耗,因此进一步制备了1.01 cm~2的大面积器件,并实现了13.3%的PCE,其效率保持了小面积器件效率的95%。这些结果表明,通过端基氯化策略获得的小分子受体可以兼具红移的吸收光谱以及高的VOC,同时也证明了PM7:Tf IF-4Cl体系在制备大面积器件中的优异性。第三部分工作围绕叠层OSC中间连接层的设计展开。通过在氧化锌纳米颗粒（Zn O NPs）溶液中掺入不同比例PEI制备了一系列有机无机复合界面材料Zn O NPs:PEI。PEI的引入能有效调节复合界面功函,同时不会引入额外的寄生吸收。将Zn O NPs:PEI作为阴极修饰层（ETL）应用于OSC中,器件FF相比于Zn O NPs器件得到了很大提升,这可以归因于界面势垒的降低,从而其电子抽取能力得到了改善。将Zn O NPs:PEI应用到叠层OSC中成功构建了具有低光学损失和低电学损失的全溶液加工ICL。当选择前期开发的PM7:Tf IF-4Cl作为宽带隙前层电池,PCE10:COi8DFIC:PC70BM作为窄带隙后层电池构建叠层器件时,其PCE达到17.42%,且FF高达79%,因此证明了此ICL优异的中间连接性能,这也是叠层器件中报导最高的FF值。此外叠层器件表现出良好的重复性,72个独立器件的PCE分布在16.8%到17.4%之间,且平均值为17.09%。这个工作证明了有机无机复合界面应用在OSC的潜力以及其构建ICL的优异性。第四部分工作在前一部分工作的基础上,发展了一种新的策略来调控叠层器件中子电池内部的电荷复合。本工作选用的前层子电池是第二部分工作报导的PM7:Tf IF-4Cl,其中非富勒烯受体Tf IF-4Cl的吸收系数远比给体PM7高,研究发现当增加受体比例时,给体区域的吸收损失可以很好地由受体补偿,此外受体区域的吸收得到了明显增强。因此在受体含量增加的情况下即使活性层更薄,共混膜的整体吸收也会增强。因此增加受体比例可以减小前层子电池的最佳厚度从而抑制其内部的电荷复合,这有利于在叠层器件中获得更高的FF。最终,通过精细调节前层子电池中的给受体比例获得了高效的叠层器件,其FF高达78%,PCE高达18.71%（经第三方机构认证为18.09%）,这也是迄今为止报道的有机串联器件的最高PCE值。此外,使用PBDB-T-2F:IDT-N作为前层子电池应用到叠层器件中,获得了类似的结果,验证了这种策略对不同活性层体系的普适性。这项工作说明了通过抑制子电池中的电荷复合来提高叠层OSC整体性能的有效性,同时也证明调节子电池中的给受体比例是同时获得高JSC和高FF的有效策略。