有机光电功能材料是光电器件的研究基础。本论文设计合成了一系列星型化合物光电功能材料,结合其各自的结构特点,分别研究了它们作为聚合物太阳能电池的界面材料、钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料和热活化延迟荧光材料的应用。第一章:简要介绍了聚合物太阳能电池的电极界面修饰材料、钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料和热活化延迟荧光材料的研究背景和现状,并针对各个领域存在的问题提出论文的研究思路。第二章:将二乙胺基和磷酸二乙酯基极性基团引入到六芴基苯结构中,设计合成了四个醇溶性界面材料Tn0、Tn1、Tp0和Tpl,其中Tnl和Tpl具有更大的分子骨架和疏水性烷基链。ITO电极通过Tn0、 Tp0、Tn1和Tpl修饰时的功函数均显著降低。采用Tn0和Tnl做为ITO电极界面修饰材料的倒置聚合物太阳能电池实现了良好的器件性能,其能量转换效率(PCE)分别达到8.62%和8.80%。与Tn0、Tn1相比,TpO、Tp1的界面粗糙度较大,器件PCE分别为5.30%和5.12%。与Tn0相比,Tnl的界面更加疏水,有利于活性层的铺展,使得活性层薄膜形貌更好,器件效果也相对较好。第三章:设计合成了四个基于均三嗪为核的星型共轭结构的界面材料Tfl、Tf2、Tf1OH和Tf2OH,其中Tf2和Tf20H具有更大的分子骨架和疏水性烷基链。二乙胺基或氮羟乙基等极性基团赋予了材料良好的醇溶性和界面修饰性能。这些材料修饰后的ITO电极功函数显著降低,与PC71BM形成欧姆接触,降低了电子的提取势垒。ITO电极功函数的降低程度与界面材料的厚度有关。将Tfl,Tf2, Tf1OH和Tf20H作为阴极修饰材料应用于倒置聚合物太阳能电池分别获得了8.97%,8.33%,8.89%和8.15%的能量转换效率。由于Tfl的界面偶极最强,在Tfl界面处的电子分离和提取过程相比其他材料更加高效。第四章:设计合成了四个二乙胺基修饰的以三苯基胺或三苯基硼为中心核、芴为臂的星型化合物TA1、TA2、TB1和TB2。这些材料均可以明显降低ITO电极的功函数,且采用吸电子中心核的TB1和TB2相较于采用给电子中心核的TA1和TA2,其降低作用更强,表明吸电子基团与极性基团协同作用,形成强度更大的界面偶极。电子在界面处的分离和提取受界面偶极的影响,随着界面偶极的增大,其分离和提取过程更加高效。第五章:将甲氧基二苯胺空穴传输单元通过芴桥或苯桥连接到苯环或均三嗪中心核上,设计合成了五个具有星型结构的化合物TFB-OMeDPA、TFT-OMeDPA、 TPT-OMeDPA、HFB-OMeDPA和HPB-OMeDPA。根据中心核和π桥的不同,化合物呈现出光物理、电化学和热力学性质等的差异。芴桥上的柔性烷基链显著增强了材料的溶解性。五个化合物均具有匹配的最高占据轨道能级。HFB-OMeDPA和HPB-OMeDPA具有较好的空穴传输能力,其空穴迁移率分别为1.45×10-5cm2v-1S-1和1.15×10-5 cm2v-1s-1。将HPB-OMeDPA和]HFB-OMeDPA作为空穴传输材料制备的钙钛矿太阳能电池器件取得了良好的器件效果,其能量转换效率分别达到13.9%和12.2%。同时,基于HFB-OMeDPA的器件迟滞效应较不明显。第六章:设计合成了一类具有四面体构型的化合物C-OMeTPA、Si-OMeTPA、 Ge-OMeTPA、AD-OMeTPA和ADP-OMeTPA,其中心核分别为碳、硅、锗原子和金刚烷,外围连接对甲氧基三苯胺单元,并进一步引入苯环扩大局部共轭。与Ge-OMeTPA相比,局部共轭增强的ADP-OMeTPA的空穴迁移能力明显提高,Ge-OMeTPA和ADP-OMeTPA的空穴迁移率分别为1.4×10-6 cm2 V-1s-1和3.0 x 10-5 cm2 V-1s-1。由于空穴传输能力的差异,基于ADP-OMeTPA为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池器件的实现了13.8%的能量转换效率,显著高于基于Ge-OMeTPA的器件性能。第七章:将咔唑单元通过2位或3位与中心苯环相连,设计合成了螺旋桨构型的六咔唑基苯化合物H2CzB和H3CzB。连接位点的不同显著影响化合物的光物理和电化学性质。H2CzB和H3CzB的HOMO能级分别为-5.40和-5.18 eV。由于高度扭曲的刚性结构,H2CzB和H3CzB均具较大的光学带隙,分别为3.28和3.36 eV。通过空间电荷限制电流测得H2CzB和H3CzB的空穴迁移率分别为1.98×10-5 cm2v-s-1和1.89×10-6 cm2v-1s-1,其中H2CzB与Spiro-OMeTAD的空穴传输能力接近,表明H2CzB做为空穴传输材料的应用潜力。第八章:将三苯基硼作为受体单元引入到热活化延迟荧光材料的设计中,合成了三个基于三苯基硼/吩恶嗪杂化的热活化延迟荧光材料TB-1PXZ, TB-2PXZ和TB-3PXZ。随着化合物中给体单元数目的增多,化合物的最低单线态-三线态能极差逐渐从0.12 eV减小到0.01 eV,反向隙间穿越常数逐渐从0.60×107 s-1增大到19.47×107 s-1,反向隙间穿越过程更加高效。同时随着外围吩恶嗪单元数目增多,分子结构更加刚性,其荧光量子产率从0.12升高到0.95。基于TB-3PXZ的溶液加工器件实现了41.5 cdA-1的最大电流效率,32.6 lm W-1的最大功率效率和13.9%的最大外量子效率,是基于溶液旋涂型含硼发光材料的最高效率之一。同时,由于高效的隙间穿越过程降低了三线态激子浓度,器件效率滚降十分缓慢。