C60的独特的结构和性能引起了人们的极大关注。经过三十年的发展，越来越多的富勒烯新结构被成功地合成和表征，富勒烯的应用研究也受到越来越多的重视，尤其是将其应用在具有制作工艺简单、成本低、重量轻、柔性好和可大面积制备等优点的聚合物太阳能电池上。本论文围绕富勒烯的合成及其在聚合物太阳能电池中的应用展开了研究，其中包括探究影响富勒烯产率的关键因素和将富勒烯衍生物作为电子受体材料在聚合物太阳能电池中的应用。　　(Ⅰ)探索影响富勒烯产率的关键因素:富勒烯作为聚合物太阳能电池中使用最广泛的电子受体材料，应用前景广阔，但其相对较低的合成产率和相对较高的分离代价，增加了其成本，因此探索影响富勒烯产率的关键因素进而降低其成本显得十分重要。在本文第二章中，我们通过实验首先证实了富勒烯的产率与距离电弧中心2～3mm左右的石墨阳极顶端的面积有关的推测;同时通过实验和理论模拟相结合的方法，探索得到了影响富勒烯产率的又一关键因素——阳极碳棒顶端能流密度，发现当石墨阳极的能流密度在1.2×104～1.4×104W/m2的范围内时，距离电弧中心2～3mm左右的石墨阳极面积的越大，富勒烯的产率则相对较高。　　(Ⅱ)基于苯并环戊烷和苊衍生化的C60受体材料的合成及光伏性能研究:在聚合物太阳能电池中，针对给体材料的研究较为充分，相比之下，基于富勒烯衍生物的受体材料的研究则非常有限。因此，在第三章中我们设计并合成了C60的单加成衍生物BPCMA（C60的并环戊烷单加成物）和ACMA（C60的苊单加成物）以及它们各自的双加成衍生物BPCBA和ACBA。相比于单加成的BPCMA和ACMA，双加成的富勒烯衍生物(BPCBA和ACBA)具有较高的LUMO能级（提高了0.08-0.09eV）和较好的活性层形貌。以P3HT为给体和富勒烯衍生物（BPCMA、ACMA、BPCBA或ACBA）为受体的聚合物太阳能电池器件中，基于双加成富勒烯的器件表现出较好的光伏性能。尽管基于双加成富勒烯衍生物(BPCBA或ACBA)的聚合物太阳能电池的光电转化效率（分别为2.30％和1.93％）还有待进一步提高，但这一工作还是证实了双加成富勒烯衍生物所具有的较高LUMO能级和较好的分子堆积模式有利于提高本体异质结聚合物太阳能电池的开路电压和短路电流。　　(Ⅲ)全芳香取代的C60衍生物(C60Ph6)的合成及其在聚合物太阳能电池中的应用研究:鉴于单加成和双加成富勒烯衍生物受体材料在聚合物太阳能电池中的应用存在很大的局限性，在第四章中我们探索了全新的全芳基取代的C60衍生物(C60Ph6)并将其作为聚合物太阳能电池的新型受体材料。在以往的报道中，以C60Cl6为起始物的多取代反应，往往因空间位阻的存在，主要产物为五取代富勒烯衍生物，而我们通过热力学和动力学控制克服了其空间位阻，成功地以C60Cl6为起始物合成了C60Ph6。单晶结构中C60Ph6的几何结构和分子堆积模式预示了其较好的光伏性能。同时，相对于C60Ph5Cl，C60Ph6还表现出了较好的热稳定性和电化学稳定性。以P3HT为给体和C60Ph6为受体的聚合物太阳能电池的开路电压和光电转换效率分别达到了1.04V和3.04％，由此也产生了一类新的全芳基取代的富勒烯电子受体。　　(Ⅳ)总结与展望:在上述工作的基础上，本论文还尝试优化了特殊结构富勒烯C50H10的合成条件，同时对富勒烯在钙钛矿太阳能电池中的应用做了初步的探索。