輕便靈活的有機半導體材料有望用于制造可折疊電子電路和植入式生物傳感器，而硅基半導體則幾乎不可能用于這些電子器件。通過特殊印刷系統，借助有機材料的溶解性，可以將大型的高精度器件印刷在柔性基板上，比如紙張和薄膜。這種印刷方法為半導體器件的大規模和低成本生產提供了一種有效技術。有機光伏(OPV)是一種利用有機半導體的光電轉換器件。有機發光二極管(OLED)也得到了很多關注，輕便靈活的有機半導體材料使其有望成為下一代顯示器和光源。有機半導體材料主要可分為小分子型和聚合物型，低聚物則介于兩者之間。
一、小分子半導體合成砌塊
小分子有機半導體有如下幾個特性：可以分離出化學純化合物，利用單晶結構分析可以測定其結構，可以通過真空沉積制備薄膜并純化。與無機材料相比，有機材料具有基于碳中心的結構多樣性。因此，我們可以應用有機合成對各種物理性質如光吸收、光發射、能級和溶解度等進行精確控制。幾種傳統的偶聯反應可以實現π-共軛結構的擴展，并制備出低聚物半導體。噻吩衍生物呈現出極佳的光吸收性和載流子遷移率，因此可用于OPV器件中的p-型半導體(光吸收體)。寬帶隙的咔唑衍生物(如CBP)和蒽衍生物(如MADN)可以用作OLED器件的主體材料。一些芳胺衍生物則適合用作OLEDs的空穴傳輸層，因為這種材料可以通過真空沉積制備非晶層，并呈現出高空穴遷移率。n-型半導體(電子傳輸材料)是由缺電子雜環化合物構成，如嘧啶、三嗪，以及苯并咪唑等。
另一方面，將供體和受體同時引入一個分子中可以制備窄帶隙的小分子半導體。這些半導體材料可以吸收低能區光，因此可用于有機太陽能電池。這種供體-受體共存的材料，被稱為TIDS，其同時擁有空穴載體和電子載體，具有雙極性。OLED需要用到有均衡的高空穴和電子遷移率的新型雙極性有機半導體。Nakamura和Tsuji等對這種雙極性有機半導體進行了報道，即CZBDF。該材料具有寬帶隙，以及均衡的高空穴和電子遷移率，是一種理想的OLED主體材料。
二、半導體聚合物合成砌塊
在OLED、OPV和有機場效應晶體管(OFET)領域，關于半導體聚合物的研究得到了廣泛的關注。OLEDs發光層可能會用到半導體聚合物，如聚對苯撐乙烯(PPV)。小分子OLED器件一般通過氣相沉積法制備，然而聚合物材料可以通過溶液法制備薄膜和耐熱器件，從而降低了生產成本。另外，對π-共軛聚合物進行化學修飾，還可以發出各種顏色的光。如，聚芴(PFO)、PPVs和結構隨機的聚(3-辛基噻吩)(P3OT)分別呈現藍、綠和紅光發射。
最近在有機電子研究方面，諸如聚噻吩之類的含硫聚合物被開發出來。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)可用于電容器、有機晶體管、OLED的空穴傳輸材料、蓄電池，以及制動器、傳感器和熱電轉換元件等。PEDOT/PSS是一種PEDOT和聚磺苯乙烯(PSS)的混合物，廣泛用于OPV的空穴傳輸材料。聚(3-己基)噻吩(P3HT)與富勒烯衍生物(如PCBM)混合后可以形成一種高效的本體異質結。這種聚合物可用作OPV器件的光吸收p-型半導體。
盡管P3HT和PFO是由一種單體聚合而成，兩種不同的單體共聚也可以精確控制半導體聚合物的電子結構。而且，這種不同分子間的聚合將富電子單體(供體)和缺電子單體(受體)結合起來，從而制備出一種穩定的低HOMO能級的供體-受體(DA型)聚合物。另外，DA聚合物是窄帶隙，可以進行低能區的光吸收，也可以通過p-或n-摻雜成為雙極性半導體。
鹵化單體和硼酸(酯)單體在金屬催化作用下可以通過交叉偶聯反應進行共聚。選擇不同的單體可以制備出不同的半導體聚合物。一種含有三甲基錫烷基(SnMe3)的單體和一種鹵化單體間也可以進行類似的交叉偶聯反應。反應結束后，有副產物三甲基鹵化錫生成，不過在真空條件下很容易去除。
三、改善溶解度的衍生試劑
烷基官能團與π-共軛體系不發生相互作用，因此不會影響分子的電子特性。但在分子組裝的固體狀態，烷基的作用是很大的，通過引入烷基，可以改變其溶解度和熔點。由于大規模的溶液加工和印刷技術需要使用可溶性材料，因此有機器件尤其需要進行烷基衍生化以提高溶解度。另外，吸電子的氟烷基官能團有助于形成n-型有機半導體。一些OPV和OFET材料都包含雙烷基噻咯。
