半导体光电材料在科学技术、工业生产中有着广泛应用。它的开发利用对经济发展有着极为重要的意义。为充分发挥半导体器件性能,许多研究人员通过缺陷工程改善其光电性质,尤其是在带隙较宽的范德华氧化钼和结构不稳定的卤化物钙钛矿材料中。通过缺陷工程引入有益缺陷和钝化有害缺陷,不仅可以提高载流子密度、迁移率,还可以改善载流子寿命和结构稳定性,缺陷工程是半导体材料设计的重要策略之一。本论文旨在探究在α相氧化钼(α-Mo O₃)和甲基铵碘化铅(MAPbI₃)材料中引入或钝化缺陷来调控其光电性能,通过基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)的理论计算对缺陷工程下的内在物理调控机制进行深入探究。(1)通过第一性原理计算系统研究了钴-锡(Co-Sn)原子共掺杂对α-Mo O₃材料光电性能的调控作用与内在机理。我们发现极化子和d轨道的协同作用在调节宽带隙α-Mo O₃的电子特性中起着重要作用。具有较大离子半径的Sn通过极化子效应影响共掺杂体系的电子结构,表现为掺杂后明显的晶格畸变。具有较小离子半径的过渡金属Co主要通过d轨道来扩展α-Mo O₃的间隙态。当Co-Sn共掺杂时,极化子和d轨道的协同作用对体系的光吸收和电导率有显著提升。此外,我们还系统地研究了不同掺杂位置和掺杂浓度的影响,分析了不同掺杂原子及方式对于层状α-Mo O₃材料光电性能的调控机理。(2)利用DFT计算揭示了胺类有机盐分子(R-NH₃I)对MAPbI₃结构的影响。研究发现具有强给电子能力的R-NH₃I可促进MAPbI₃结构由三维(3D)向二维(2D)的相变,具有弱给电子能力的R-NH₃I不会促进相转变,但对缺陷具有强的钝化效果。为减弱卤素离子扩散对钙钛矿太阳能电池稳定性的影响,利用热稳定和疏水的硅树脂层与MAPbI₃薄膜表面形成硅-碘(Si-I)键和铅-氧(Pb-O)键,在物理和化学上抑制了碘离子的扩散和释放,提高了薄膜稳定性和器件的功率转换效率。为获得高质量低缺陷浓度的MAPbI₃薄膜,利用天然氨基酸聚L-赖氨酸(PLL)有效地钝化了MAPbI₃表面的有害缺陷,DFT计算证实PLL的官能团(氨基)通过Pb-N配位可以有效地钝化Pb-I反位缺陷,并抑制金属Pb的形成。因此PLL钝化后的钙钛矿太阳能电池的热稳定性和结构稳定性明显增强。