半导体材料通过掺杂实现n型和p型载流子导电在半导体器件领域具有重要意义，理论上可通过计算电荷转移能级和缺陷形成能来探索半导体材料的n型和p型掺杂效率。基于第一性原理，结合二维带电缺陷计算方法，类石墨烯氮化铝(graphene-like AlN, g-AlN)中的四种(BeAl,MgAl，CaAl，SrAl)潜在p型掺杂缺陷的结构、磁学、电学和缺陷形成能及转移能级被系统地计算。结果表明，所有缺陷体系均表现为深受主能级特性，很难为二维g-AlN提供p型载流子，它们反而会捕获g-AlN中的空穴，从而严重影响二维g-AlN材料的空穴导电率。BeAl在整个电子化学势范围内具有最小的形成能，因此更加容易掺入到g-AlN中，影响g-AlN材料的p型掺杂效率。

基于密度泛函理论的第一性原理研究了存在本征空位和间隙缺陷的MgAl2O4体系。缺陷形成能的结果表明，Oi4和VO分别在富氧(O-rich)和缺氧(O-poor)条件下的形成能最低，两者均在体系中引入深能级，无法增强MgAl2O4的导电性。电子结构的结果表明，Oi4在价带顶和导带底均引入能级，VO在禁带中引入深能级，分别存在这两种本征缺陷的MgAl2O4依然保持良好的绝缘性。

通过非金属与金属共掺杂二氧化钛(TiO2)来改变TiO2光学性质以拓展其在光催化和光电转化领域的应用是近年来研究的热点。采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法，模拟计算了氮与铂族金属(Ru,Rh,Pd)共掺杂金红石相TiO2的几何结构、能带结构、态密度、光学性质以及缺陷形成能。计算结果表明：单掺N以及N-Ru、N-Rh、N-Pd共掺杂金红石相TiO2都在一定程度上改善了对可见光的利用效率，其缺陷形成能大小顺序依次为N-Pd、N-Rh、N-Ru，这说明共掺条件下N-Ru最容易掺入TiO2晶格，但是在可见光的大部分波长范围内N-Rh共掺极大地改善了光的吸收率和反射率。

对磷酸二氢钾(KDP)晶体中Na取代K点缺陷的几何结构及电子结构进行了第一性研究.计算的形成能约为0.46 eV,因此在KDP晶体中此类缺陷比较容易形成.Na取代K以后没有在带隙中形成缺陷态,但在价带中引入两个占据态.它们分别位于费米面以下49 eV和21.5 eV处,这两个占据态分别由Na原子的s和p轨道形成.相对于K来说,由于它们位于价带深处,具有很低的能量,因此Na在KDP中比K稳定.Na在KDP晶体中与周围氧原子的重叠布居仅为0.09, 故它不与主体原子发生共价作用,仅以静电库仑力影响周围原子,此缺陷周围晶格仅发生微小畸变.

用第一性原理研究了KH₂PO₄(KDP)晶体中性本征点缺陷的形成能并计算了常温下点缺陷的浓度.计算得到中性填隙氢原子的形成能为2.05 eV,进而得到298 K下的浓度约为1.21×10^-17 mol/L.由于填隙氢原子在带隙中形成缺陷能级,并使能隙降低了2.6 eV, 因此消除填隙氢原子有利于提高晶体在355 nm附近的激光损伤阈值.计算得到的氧间隙、氧空位、钾空位和氢空位的形成能分别为0.60、5.25、6.50 和6.58 eV,常温下它们在晶体中也以较高的浓度存在.钾空位使晶胞体积增大约3.2%,并可能提高晶体电导率,从而降低光损伤阈值.P取代K的反位结构缺陷形成能尽管较低(4.1 eV), 但由于晶体生长溶液中P是以PO₄四面体的形式存在,故此点缺陷的存在几率很小.