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随着物联网、区块链、人工智能、6G时代的到来,具有体薄量轻、功耗低、可柔性化等优势的有机半导体器件对于新型显示、光电探测和传感技术等领域的发展起着越来越重要的作用。迄今为止,以有机发光二极管（Organic light-emitting diode,OLED）、有机光电探测器（Organic photodetector,OPD）和有机薄膜晶体管（Organic thin-film transistor,OTFT）为代表的有机半导体器件,是近二十多年来的研究热点。众所周知,在器件结构内部,相较于空穴传输与注入能力,电子传输与注入能力与之不匹配一直是有机半导体器件的瓶颈性问题。这导致了器件内部载流子的不平衡,从而制约了器件性能的提升。由于不同种类有机半导体器件其器件结构、工作原理和参数指标都不相同,需要结合材料设计合成、器件结构构建、界面修饰工程、载流子调控等手段提出解决电子传输与注入问题的针对性方案。因此,本论文针对载流子调控方面的问题,通过调控电子的传输与注入改善了有机半导体器件的性能,从材料能级、微观形貌和光场分布等方面揭示了调控机理,具体研究内容如下:一、异质结电子传输层对OLED器件性能的影响在OLED中引入由酞菁铜（Copper（Ⅱ）phthalocyanine,CuPc）和富勒烯(C60)组成的异质结电子传输层,通过对C60/CuPc厚度优化,确保了电子传输层的光提取效率及电子传输效率,优化后器件的电流效率和功率效率相比对照组分别提升了52%和84%。通过比较C60/CuPc、CuPc和CuPc/C60三种传输层对红光OLED器件性能的影响,揭示了C60/CuPc异质结的电荷生成能力对电子传输与注入的促进作用,从而降低了器件的驱动电压并提升了器件性能。与此同时,研究了C60/CuPc电子传输层对红光、绿光和蓝光OLED器件性能的提升程度,结果表明,红光器件的功率效率的提升远大于绿光和蓝光OLED,这是由于红光光谱与CuPc的吸收光谱具有更好的光谱重合度,使得C60/CuPc在红光照射下发生能带弯曲,进一步提高了电子传输层的电子传输与注入和电荷生成能力。二、连接层的电子注入调控对白光叠层OLED发光色稳定性的影响以C60/CuPc异质结为连接层,制备了由红色发光和蓝色发光单元组成的白光叠层OLED器件。利用C60向蓝光发光单元注入电子的能力弱于CuPc向红光发光单元注入空穴的能力,得到最大电流效率20.4 cd/A,发光颜色可以随着电压升高逐渐从红光转变为白光的可变色OLED器件。并且,通过对调红光和蓝光发光单元的位置,制备了改变驱动电压而色坐标保持在（0.31,0.27）的白光OLED器件。另外,本工作还结合中间连接层与两侧发光单元电荷传输材料之间的能级差异、发光层中主客体的三线态激子利用率、光学仿真模拟光提取的情况,建立了这三种影响因素协同作用的理论模型,并阐述了电子传输与注入对器件色稳定性的调控原理,为可变色、白光两种OLED器件的制备提供了新途径。三、共轭聚合物修饰电子传输层对有机光电探测器性能的影响针对以往抑制OPD器件暗电流密度的同时,存在光电流密度随之下降并导致探测性能降低的情况,本工作采用共轭聚合物poly[（9,9-bis（30-（N,N-dimethylamion）propyl）2,7-fluorene）-alt-2,7-（9,9-dioctyl）fluorene]（PFN）修饰电子传输层氧化锌（ZnO）,制备了器件面积为1 cm2的OPD器件。通过界面形貌和能级表征发现,由于PFN不仅可以降低ZnO和有机电子传输材料之间的能级势垒,还抑制了ZnO的漏电流,优化后的器件暗电流降低了两个数量级的同时光电流基本保持不变,从而使光电探测率提升了10倍。同时,由于能级修饰对电子注入能力的提升,当施加正向电压时,该器件表现出更好的电致发光效率,修饰后器件亮度提升了4.5倍,这表明聚合物修饰电子传输层的方法对制备探测-发光双功能器件同样适用。四、聚合物晶界塑化剂对柔性OTFT电子传输性能的影响设计合成缺电子小分子末端功能化修饰的聚合物材料作为晶界塑化剂,对高结晶性小分子薄膜的晶界进行了塑化,制备出兼具高电子迁移率和柔性可弯曲的N型OTFT器件。通过原子力显微镜（AFM）、透射扫描电镜（TEM）以及掠入式广角X射线散射（GIWAXS）对半导体材料的表面形貌、元素分布和薄膜结晶情况进行了表征,研究了晶界塑化剂对有机半导体电子传输性能的影响。结果表明,得益于新型晶界塑化剂末端修饰的锚定作用以及聚合物主链的能级优化,使其在结晶过程中嵌入小分子的晶界处,不仅提高了在晶界处的电子传输能力,而且在弯折过程中起到应力释放的作用。制备的柔性OTFT其电子迁移率可与传统OTFT相媲美,且在弯折半径4 mm和弯折500次的情况下,迁移率依然保留了初始性能的70%,体现了晶界塑化剂对改善电子传输能力和抗弯折的优势。综上所述,本论文围绕有机半导体器件中电子传输与注入的调控,从材料的界面能级、表面形貌和光学特性等方面研究了其对OLED、OPD、OTFT三种有机半导体器件性能的影响;同时,结合理论模型阐述了器件内部的调控机理,研制了高性能的器件。本工作为制备集成化、多功能化、柔性化的有机半导体器件,以及设计合成新型电子传输、注入材料具有重要的参考价值和指导意义。