利用第一性原理赝势平面波方法计算了杂质 (X=C, Al) 掺杂新型二维材料磷烯的结构参数、能带结构、Mulliken 布居分析、差分电荷密度以及光学性质。结果表明杂质掺杂后磷烯材料的结构发生了畸变, 但是掺杂体系的结构是稳定的。C 掺杂后, 费米能级进入价带中, 带隙变窄, 变 为 0.826 eV 的直接带隙; Al 掺杂后, 体系变为间接带隙半导体, 带隙略有展宽, 带隙为 0.965 eV。 Mulliken 布居分析和差分电荷密度的分析都表明掺杂后体系的电荷分布发生了转移, C 原子附近出现了电荷积累, 而 Al 原子附近出现了电荷消耗。在 (1 0 0) 极化方向上的光学性质计算表明: 在红光及红外线的范围 内, C 掺杂后磷烯材料储存电磁能的能力有所减弱, 而 Al 掺杂后储存电磁能的能力有所增强; C 掺杂后折射率 n0 减小, Al 掺杂后折射率 n0 增大; 吸收系数和反射率峰值均降低; 掺杂前后磷烯材料都可作为光储存材料。以上结果说明采用不同杂质掺杂可以调制磷烯材料的光电性质。

基于第一性原理, 对不同P原子掺杂浓度的二维SiC的几何结构、电子结构和光学性质进行了研究。结果表明：随着P掺杂浓度的增加, P掺杂二维SiC的晶格常数变小, 带隙减小; 价带主要由C-2p, Si-3p和P-3p态电子杂化构成, 导带主要由Si-3p态电子构成。P削弱了C—Si键的共价性, 增加了离子性。P掺杂扩大了二维SiC的光吸收范围, 吸收系数和折射率随掺杂浓度的增加而增大, 表明P掺杂能有效提高二维SiC对可见光和红外光的吸收。

采用第一性原理的贋势平面波方法, 对比研究了未掺杂和掺杂过渡金属Tc、非金属P及Tc-P共掺杂的单层MoS2的电子结构和光学性质。计算结果表明: 掺杂改变了费米面附近的电子结构, 使得导带向低能方向偏移, 并且带隙由K点转化为Γ点, 形成Γ点的直接带隙半导体。掺杂P使带隙值变小, 形成p型半导体; 掺杂Tc使带隙变宽, 形成n型半导体; Tc-P共掺杂,由于p型和n型半导体相互调制, 使得单层MoS2转变为性能更优的本征半导体;掺杂使光跃迁强度减小,且向低能方向偏移。

基于第一性原理赝势平面波方法，对稀土(Y、Ce)掺杂β-FeSi2的几何结构、电子结构和光学性质进行了计算与分析。几何结构的计算表明，Y 或Ce掺杂后β-FeSi2的晶格常数改变，晶胞体积减小。电子结构的计算表明，掺入稀土后β-FeSi2 费米面附近的能带结构变得复杂，带隙变窄；总电子态密度发生了变化，Y 的4d 轨道电子态密度和Ce的4f轨道电子态密度主要贡献给费米面附近。光学性质的计算结果表明，Y 或Ce 掺杂后β-FeSi2 的静态介电常数明显提高，介电函数虚部ε2 的峰值均向低能方向移动并且减弱，折射率n0 明显提高，消光系数k 的峰值减弱，计算结果为β-FeSi2材料掺杂稀土改性的实验研究提供了理论依据。

基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理赝势平面波方法，对锕(Ac)掺杂β-FeSi2的几何结构，电子结构和光学性质进行了计算与分析。几何结构的计算表明：Ac掺杂后β-FeSi2晶格常数a、b及c都有所变化，晶胞体积增大。电子结构的计算表明：Ac掺入后导致费米面进入导带，能带结构仍为准直接带隙，但是带隙明显变窄；费米能级附近，总电子态密度主要由Fe的3d层和Si的3p层电子态密度决定，Ac的6d层电子态密度贡献很小。光学性质的计算表明：静态介电常数ε1(0)明显提高，介电函数的虚部ε2的峰值向低能方向移动并且减弱，折射率n0明显提高，消光系数k向低能方向有一微小的偏移，吸收峰增强，平均反射效应变化不大，计算结果为β-FeSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据。

采用第一性原理赝势平面波方法，对V-Al共掺杂CrSi2的几何结构、电子结构和光学性质进行了理论计算，并与未掺杂、V、Al单掺杂CrSi2的光电性能进行了比较。结果表明：V-Al共掺杂会增大CrSi2的晶格常数a和b，体积相应增大。V-Al: CrSi2是p型间接带隙半导体，带隙宽度为0.256 eV，介于V、Al单掺杂CrSi2之间；费米能级附近的电子态密度主要由Cr-3d、V-3d、Si-3p、Al-3p轨道杂化构成。与未掺杂的CrSi2相比，V-Al:CrSi2的静态介电常数和折射率增大，εi(ω)在低能区有一个新的跃迁峰。在光子能量为5 eV附近，εi(ω)的跃迁峰强度大幅减弱，吸收系数和光电导率明显降低，吸收边略有红移，平均反射效应减弱。V的掺入会削弱Al单掺杂的电子跃迁，V-Al共掺杂可以对CrSi2的能带结构和光学性质进行更精细的调节。

采用第一性原理赝势平面波方法对应力调制下β-FeSi2的电子结构及光学性质进行了计算，全面分析了应力对β-FeSi2能带结构、电子态密度和光学性质的影响。在各向同性应力的作用下，压缩晶格使β-FeSi2的导带向高能区漂移，带隙变宽，拉伸晶格使导带向低能区漂移，带隙变窄，且当拉伸应力增加到-25 GPa时，费米能级穿过了价带和导带，β-FeSi2由半导体变成了导体；压缩晶格会使各光学参数发生蓝移，增大β-FeSi2的吸收系数和光电导率，降低反射率，而拉伸晶格会导致红移，增大静态介电常数，折射率n0和反射率，降低吸收系数。 施加应力可以调节β-FeSi2的电子结构和光学性质，是改变和控制β-FeSi2的光电传输性能的有效手段。

采用基于第一性原理的赝势平面波方法，对不同Al掺杂浓度CrSi2的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行了计算和比较。几何结构和电子结构的计算表明：Al掺杂使得CrSi2的晶格常数a和b增大，c变化不大，晶格体积增大；Cr(Si1-xAlx)2仍然是间接带隙半导体，掺杂使得费米面向价带移动，且随着掺杂量的增大而更深地嵌入价带中，费米能级附近的电子态密度主要由Cr的3d态电子贡献。光学性质计算表明，随着掺杂量的增大，Cr(Si1-xAlx)2的静态介电常数、第一介电峰、折射率n0逐渐增大，平均反射效应减弱，表明Al掺杂有效增强了CrSi2对光的吸收，能够提高其光电转换效率。计算结果为CrSi2光电材料的应用和设计提供了理论指导。

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法，对不同Co含量的β-FeSi2的能带结构，态密度、分态密度和光学性质进行了计算和比较。几何结构和电子结构的计算结果表明，Co掺杂使得β-FeSi2的晶格常数a增大，b和c变化不大，晶格体积增大。Fe1-xCoxSi2的能带结构变为直接带隙，禁带宽度从0.74 eV减小到0.07 eV，Co的掺入削弱了Fe的3d态电子，但费米能级附近的电子态密度仍主要由Fe的3d态电子贡献。此外，Co掺杂导致β-FeSi2的晶格体积增大，这对掺杂后β-FeSi2的带隙变窄起到一定的调制作用。光学性质的计算表明，Co掺入后介电函数虚部ε2(ω)向低能方向偏移，且光学跃迁强度明显减弱，吸收边发生了红移，光学带隙随Co含量增加而减小。计算结果为β-FeSi2光电材料的设计和应用提供了理论依据。

结合太阳能光谱对β-FeSi2薄膜的光子吸收系数进行了整理分析，对β-FeSi2薄膜太阳能电池的吸收层厚度进行了分析和理论计算。结果表明，在理想高质量β-FeSi2薄膜的条件下，为获得90%的太阳能辐射吸收率,β-FeSi2薄膜太阳能电池的吸收层厚度至少在200 nm以上，其最佳厚度区间为200~250 nm ，此计算结果与报道的实验结果一致。同时，获得了反映β-FeSi2薄膜太阳能电池的吸收层厚度与光子波长之间关系的计算公式。