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在过去的二十年里，包括有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池(OPV)和有机场效应晶体管(OFET)的光电器件因其在大面积和低成本柔性显示、平板照明、电子纸以及射频标签等方面的广阔应用前景而备受关注。随着研究的深入，大家充分认识除了有机半导体材料外，有机光电器件中的界面和微尺度效应对于器件性能起到关键的作用，这也成为有机电子学中的一个重要科学问题。
本论文针对有机光电器件中的界面和微尺度光电响应行为展开了探索，研究了有机太阳能电池中电荷传输及复合的机制，通过器件优化和设计制备了高性能的有机场效应晶体管，并构筑了存储晶体管，具体内容如下:
1.采用了传统的多孔氧化铝模板(AAO)制备了大面积、有序的P3HT∶PCBM异质结纳米管阵列。SEM和TEM表征证明了一维纳米管结构，纳米管的直径在200 nm左右，并且具有均一的壁厚为30 nm。紫外可见吸收光谱显示P3HT∶PCBM异质结纳米管与薄膜相比，吸收峰发生了明显的红移，说明在纳米管中，聚合物有更为紧密的堆积和更高的结晶程度。在5.51 mW/cm2光照下，纳米管显示了良好的开关性能(On/Off ratio=140)和较好的光电转化效率(PCE=0.106％)，这是目前有机一维结构中光电转化效率的最好结果之一。这有利于我们进一步了解光电转化以及电荷传输机制，并提供了一种潜在的能量转化的新的构筑单元。
2.研究分子(F4-TCNQ)掺杂对于P3HT∶PCBM体系光伏电池器件性能的影响，发现随着F4-TCNQ掺杂比例的增加，器件的性能逐渐下降，尤其是短路电流下降十分显著。通过系列表征及分析，我们初步判断器件性能的下降是由于F4-TCNQ与聚合物给体P3HT形成了电荷转移态，通过激子电荷的湮灭来淬灭激发态。这为我们深入研究和阐明太阳能电池中能量损耗机制提供了有益的借鉴。
3.利用新型C60衍生物C60-NDI作为界面修饰层，并制备了并五苯薄膜场效应晶体管，迁移率最高可达1.76 cm2V-1s-1，开关比为107-108。与采用常规单分子层修饰(如OTS，HMDS)的SiO2基底上的并五苯器件相比，性能明显提高。通过系统研究发现，由于C60-NDI与并五苯之间具有良好的界面相容性，从而诱导并五苯能够有序生长，最终得到晶粒更大，结晶性更强的薄膜，并且晶粒之间的堆积也更为紧密。这就是C60-NDI修饰显著提高器件性能的原因。此外，C60-NDI修饰对于其他半导体，如酞菁铜(CuPc)，吲哚咔唑(ICZ)，器件性能也有一定的提高，证明这种方法具有一定的普适性，为我们深入了解有机层/介电层界面对器件性能的影响，寻找更为简捷便利的界面修饰方法提供了指导。
4.利用C60-NDI于并五苯之间的电荷转移构筑存储晶体管，通过栅极和光照的作用可以调节器件的阈值电压，可逆电压窗口可达到79 V，电流开关比超过105，同时具有较长的存储时间（大于4000 s）和良好的可逆行为（连续写入/擦除循环大于500次）。能级分析显示由于C60-NDI的LUMO能级相比并五苯更低，在施加正栅压写入的时候，电子由并五苯向C60-NDI转移并被束缚，从而导致阈值电压的正向偏移。这种通过给/受体界面工程构筑有机存储晶体管为我们设计并研究新型存储器件提供了了新的思路。