有机半导体材料是当前材料科学研究的重要课题,具有很多无机半导体材料不具备的优点,如分子结构多样,易于调控,合成成本较低,可大量制备,可制备成柔性电子器件等优点,被广泛用在有机场效应晶体管(OFET),有机光伏电池(OPV),有机发光二极管(OLED)等领域。这些有机电子器件的性能,如晶体管迁移率,光伏转化效率,稳定性等高度取决于有机半导体材料的本征性能。寻找和开发新的有机半导体材料,并将其器件化,具有极其重要的意义。基于上述考虑,本文通过设计开发新型有机半导体材料,并围绕其在有机场效应晶体管或有机光伏电池中的应用开展了研究工作,具体研究内容包括如下两个方面:1、二苯并噻吩并吡咯类分子是具有大的π-共轭体系,低的最高分子占据轨道(HOMO)能级,然而在有机场效应晶体管应用中,报道的器件性能较差。为了提高该类分子在有机场效应晶体管中的性能,作者对这类分子的主链结构进行优化,以苯并呋喃替代苯并噻吩,研究不同分子骨架对分子堆积的影响。研究发现以苯并呋喃为骨架的分子,相较苯并噻吩为骨架类的材料具有更好的π-π堆积和更强的分子聚集。有机薄膜晶体管电子器件测试,二苯并呋喃并吡咯材料也表现出良好的性能,其最大线性空穴迁移率为0.025 cm~2/Vs,饱和迁移率为0.062cm~2/Vs,阈值电压为-30 V和开关比为3×10~3。2、联噻吩酰亚胺是经典的缺电子N-型半导体材料,由于其在可见区吸收较弱,用做光伏材料时,光电转化效率较低。为了解决酰亚胺类材料的吸收问题,作者借鉴了三元共聚的原则,将形成聚合物具有窄带隙的噻吩并[3,4-B]吡嗪引入,同联噻吩酰亚胺和联噻吩酰亚胺衍生物共聚得到三元共聚物。作为对比,苯并噻二唑和异靛蓝也分别作为第三组份,与联噻吩酰亚胺和联噻吩酰亚胺衍生物共聚得到三元共聚物。以得到的三元共聚物作为受体与常用的给体聚合物(PTB7-Th)通过本体异质结的形式共混,制备了OPV电子器件。研究结果表明,噻吩并[3,4-B]吡嗪的引入有效解决了酰亚胺体系差的起始吸收问题,组装成的全聚合物太阳能电池具有较好的光电转化性能,开路电压为1.02 V,电流密度为13.28 m A/cm~2,填充因子为54.14%,其光电转化效率(PCE)为7.35%。