N型聚合物半导体的发展研究相对滞后，迁移率相对较低，严重影响了有机电子学的发展和应用。因为N型聚合物半导体电子传输过程中容易受到空气中水、氧气等影响，要获得空气中稳定的N型聚合物晶体管器件非常困难。大多数N型聚合物半导体迁移率小于5厘米²/（伏·秒）。

N型聚合物半导体是逻辑电路和太阳能电池不可或缺的组成部分。N型聚合物半导体材料的设计原则和P型聚合物半导体类似，只是N型材料的能级应该更容易让电子注入其最低未占分子轨道（LUMO）。良好的N型聚合物半导体材料的LUMO能级必须和源、漏电极的功函接近，以有利于电子从源极注入聚合物半导体，从漏极流出聚合物半导体。在太阳能电池中，通过提高现有N型聚合物半导体的光子吸收率，实现高的光电转化效率。运用聚合物带隙调控策略调节聚合物的吸收光谱，使之与太阳光谱达到最大匹配。

在有机聚合物场效应晶体管（OFET）器件中，N型聚合物半导体在导电沟道中主要载流子是电子。用于有机聚合物晶体管的N型半导体材料主要有C₆₀、C₇₀、苝及其衍生物、全氟代金属酞菁、萘苷及其衍生物、全氟代烷基取代的齐聚六噻吩等。其中，萘嵌苯酰亚胺具有高度的共平面性和较低的电子势，易于修饰及共轭结构的延伸，是用来构筑N型聚合物半导体的基本构筑单元。作为这类材料的代表，对苝四酰亚二胺（PDI）和萘四酰亚二胺（NDI）类衍生物研究较多。相对于PDI，NDI更易合成，溶解度和结晶性也更好。通常构建N型聚合物半导体的常用方法包括：①在分子骨架中引入氟原子、氯原子或氰基等吸电子基团；②在共轭链中引入sp²杂化的氮原子；③构建具有醌式的分子单元。

在聚合物太阳能电池中，通过对聚合物主链进行不同取代基的修饰可以得到N型聚合物半导体。可以作为电子给体材料或电子受体材料应用于聚合物太阳能电池器件中，如芳杂环类聚合物和梯形聚合物等。引入吸电子取代基如─CN可以使聚合物半导体成为强的电子受体。

N型聚合物场效应晶体管是一种三电极的电路开关元件，其基本结构包括三个电极（栅极、源极和漏极）、绝缘层（又称介电层）和N型聚合物半导体。如果没有在栅极加上电压，则源、漏两极间没有电流通过。如果在栅极加上偏压的情况下，电场能够诱导N型聚合物半导体层中产生电子，并在源、漏两极之间产生电流。

在聚合物太阳能电池器件中，聚合物半导体吸收光子后产生空穴-电子对，电子注入作为电子受体的N型聚合物半导体材料，空穴和电子得到分离。空穴和电子分别传输到两个电极上，形成光电流。

一种基于能带理论的载流子传输模型认为，陷阱能级平均分布在薄膜中。这种模型成功地解释了许多实验现象，如有机聚合物薄膜晶体管中载流子迁移率的高温区热激活现象、迁移率对栅压的依赖关系以及迁移率的数量级等。但是，无法解释在低温区迁移率不随温度变化的现象。

在多晶薄膜中，陷阱和缺陷主要存在于晶粒与晶粒的交界处。薄膜可以分为高迁移率的晶粒部分和低迁移率的晶界部分。载流子在晶粒内部是能带传输，主要的限制在于晶界部分。整个薄膜的平均迁移率的倒数是晶粒内部迁移率的倒数与晶界处迁移率倒数之和。

N型聚合物半导体发展较快，但是总体来说还是落后于P型聚合物半导体。N型聚合物材料对空气中的氧气和水敏感，容易生成电子陷阱，器件性质在空气中很快变差。但是，高性能的N型聚合物半导体材料是制备PN结、互补逻辑电路和聚合物太阳能电池的必需材料，因此研究新型高性能的N型聚合物半导体材料具有重要意义。

N型聚合物半导体具有结构易于修饰、性能可调、原料来源广泛、可以采用低成本加工工艺制备大面积柔性器件等诸多优点，在很多领域有着重要的应用价值。

可以被用来制作低成本、大面积以及柔性的电子产品。其中包括：①有源矩阵平板显示。如有源矩阵有机聚合物电致发光（AMOLED）和电子纸等。②低端的电子产品。如智能卡、电子价格标签、无线射频识别标签等。③传感阵列等。

N型聚合物半导体可以作为电子给体材料或电子受体材料广泛应用于聚合物太阳能电池器件中，成为国际上前沿科学的研究热点。重点在于开发新型高性能N型聚合物半导体材料，使其具备好的溶解性和加工性、高的电荷迁移率和电子亲和能，其吸收波段覆盖可见光谱范围。

N型聚合物半导体通过化学结构修饰和性能调控可以获得优异的发光性能、高的电子传输特性、优良的溶解性和高度的骨架平面性，在有机聚合物电致发光器件中也具有重要的应用潜力。