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钙钛矿材料具有制备工艺简单、成本低廉、原料丰富、吸光能力好、载流子迁移率高、光电转换效率高等优点。随着研究者们对钙钛矿材料的深入研究，发现钙钛矿材料在发光二极管、光电探测器、激光器等其他光电器件的应用上同样具有出色表现，具有非常广阔的应用前景。在钙钛矿材料的生产制备过程中，难免会形成各种晶体缺陷，尤其是本征点缺陷。我们也可以通过实验手段，有目的性地制造缺陷，如表面缺陷。缺陷的存在会改变晶体结构，对光电器件的性能有着不可忽略的影响。虽然钙钛矿材料具有缺陷的容忍度高的优点，但是清楚地了解材料本征点缺陷的缺陷特性和界面缺陷的规律，有利于根据实际需求调整实验方案，定向调控电子结构，从而设计出与目标器件更匹配的材料。本文采用第一性原理的计算方法，系统地研究了有机无机杂化钙钛矿中本征点缺陷和表面缺陷的稳定性、对电子结构的影响、以及作为调控手段对高性能材料的设计的指导作用，其主要内容如下：
1.采用第一性原理计算方法研究了有机无机杂化钙钛矿(MA)2KBiCl6的本征点缺陷。我们研究了(MA)2KBiCl6的化学势空间，得到了一个狭长的类似三棱柱的五面体，可以保证其组分元素有足够的化学势调节范围，当各种元素的化学势落在五面体范围内，即可保证(MA)2KBiCl6稳定生长。研究发现，在贫Cl的情况下，很容易形成深受主缺陷VMA和深施主缺陷BiMA，两者之间的竞争导致空位浓度相对较高，但不占主导地位。而在富Cl条件下，深能级缺陷BiMA明显受到抑制。受主缺陷VMA占据主导地位，从而使得本征(MA)2KBiCl6具有p型导电性。理论上，在富Cl的条件下生长的(MA)2KBiCl6钙钛矿深能级缺陷浓度较低，具有更好的光电性能。
2.采用第一性原理计算方法，研究了二维有机无机杂化钙钛矿材料X2(MA)n-1SnnI3n+1（X=(NH2)2CH+（FA），CH3(CH2)3NH3+（BA），C6H5(CH2)2NH3+（PEA）；MA=CH3NH3+；n=1，2，3，4）。研究发现，X2(MA)n-1SnnI3n+1的带隙随着层数的增加而单调减小，当n＞4时，其带隙接近太阳能电池的最佳范围，且其稳定性优于其三维类似物。X2(MA)n-1SnnI3n+1呈现了较小的载流子有效质量，使其具有较大的载流子迁移率。载流子迁移率随着n的增大而增大，另外表面钝化配体的改变都对载流子迁移率有着显著影响，其中PEA钝化结构整体显示出较大的载流子迁移率。
1.采用第一性原理计算方法研究了有机无机杂化钙钛矿(MA)2KBiCl6的本征点缺陷。我们研究了(MA)2KBiCl6的化学势空间，得到了一个狭长的类似三棱柱的五面体，可以保证其组分元素有足够的化学势调节范围，当各种元素的化学势落在五面体范围内，即可保证(MA)2KBiCl6稳定生长。研究发现，在贫Cl的情况下，很容易形成深受主缺陷VMA和深施主缺陷BiMA，两者之间的竞争导致空位浓度相对较高，但不占主导地位。而在富Cl条件下，深能级缺陷BiMA明显受到抑制。受主缺陷VMA占据主导地位，从而使得本征(MA)2KBiCl6具有p型导电性。理论上，在富Cl的条件下生长的(MA)2KBiCl6钙钛矿深能级缺陷浓度较低，具有更好的光电性能。
2.采用第一性原理计算方法，研究了二维有机无机杂化钙钛矿材料X2(MA)n-1SnnI3n+1（X=(NH2)2CH+（FA），CH3(CH2)3NH3+（BA），C6H5(CH2)2NH3+（PEA）；MA=CH3NH3+；n=1，2，3，4）。研究发现，X2(MA)n-1SnnI3n+1的带隙随着层数的增加而单调减小，当n＞4时，其带隙接近太阳能电池的最佳范围，且其稳定性优于其三维类似物。X2(MA)n-1SnnI3n+1呈现了较小的载流子有效质量，使其具有较大的载流子迁移率。载流子迁移率随着n的增大而增大，另外表面钝化配体的改变都对载流子迁移率有着显著影响，其中PEA钝化结构整体显示出较大的载流子迁移率。