随着全球人们对能源需求的不断增加,对新能源材料的研究已经受到人们的广泛关注。本文首先在有效质量近似下,运用变分法研究了纤锌矿InGaN staggered量子阱中的类氢杂质态。然后运用基于密度泛函理论的第一性原理方法分别针对Mg掺杂二维GaN纳米片及阴离子掺杂赤铁矿α-Fe2O3的电子结构进行研究。论文第一章叙述了当前能源现状和新能源材料的研究,以及GaN和α-Fe2O3材料的相关性质和应用。第二章介绍了有效质量近似,变分法及基于密度泛函理论的第一性原理方法。然后,从第三章到第六章给出了关于杂质对GaN基低维结构和α-Fe2O3电子结构调控的具体研究内容和结论。本文的主要研究内容可以分为两大部分：首先研究了GaN基低维结构中的杂质态。对于纤锌矿InGaN staggered量子阱中类氢杂质态的研究,数值结果显示了Ga-极性和N-极性纤锌矿GaN/InxGa1-xN/InyGa1-yN/GaN staggered量子阱中的内建电场、杂质位置和结构参数对类氢杂质态均有明显的影响。Ga-极性和N-极性纤锌矿InGaN staggered量子阱中的类氢杂质束缚能随着杂质位置的变化均有一最大值,但其对应的杂质位置不同。位于Ga-极性InGaN staggered量子阱中Zi=-Lw、-Lw、2/0和Lw/2的施主杂质束缚能随阱宽的增加而降低；而当Lw>3nm时,位于zI=Lw的施主杂质束缚能没有明显的变化。且当InyGa1-yN层中的In含量>0.125时,任意位置的施主杂质束缚能随着In含量变化则变得不明显。N-极性InGaN staggered量子阱中InyGa1-yN层中的In含量y的变化对施主杂质态没有明显的影响,而对受主杂质态影响则是非常明显。特别地,数值结果显示了由于N-极性纤锌矿InGaN staggered量子阱中的内建电场效应,当量子阱的阱宽Lw>2nm时,位于zi=Lw(-Lw)位置的施主(受主)杂质束缚能随着阱宽的变化变得不明显。对于Mg掺杂二维GaN纳米片的电子结构研究,数值结果显示了Mg掺杂二维GaN纳米片的结构参数,形成能和跃迁能级与Mg掺杂含量有着紧密关系。随着Mg掺杂含量的增加,Mg掺杂GaN纳米片体系的形成能增加,而其跃迁能级则表现出单调减小的趋势。另外,形成能的计算结果也暗示了不同含量的Mg掺杂二维GaN纳米片在富氮环境下比较容易实现。这些结果是非常有趣的,其显示了Mg掺杂GaN纳米片的p-型导电性能够通过Mg掺杂含量进行有效地调控。其次研究了不同元素掺杂对赤铁矿α-Fe2O3电子结构的影响。为了理解α-Fe2O3材料的n-型和p-型杂质态特性,本文计算了Ⅴ和Ⅶ族元素掺杂α-Fe2O3的电子结构和形成能。数值结果显示了Ⅴ和Ⅶ族元素的掺杂明显地改变了α-Fe2O3的价带边,而对导带边基本没有影响。对于Ⅴ族元素N、P和As取代α-Fe2O3中氧原子的掺杂,非占据态出现在禁带中且靠近掺杂体系的最高占据态,形成p-型杂质态。对于Ⅶ族元素F、Cl和Br的掺杂,占据态的杂质能级出现在α-Fe2O3的禁带中,且其构成n-型杂质态。另外,数值结果也显示了对于Ⅴ和Ⅶ族元素的掺杂,其形成能随着周期表中原子序数的增加而增加。为了探讨α-Fe2O3作为太阳能电池材料的可行性,本文研究了硫取代α-Fe2O3中氧原子的能带结构和光学性质。数值结果显示了随着硫含量的增加,α-Fe2O3-xSx合金的带隙值单调地降低、可见光吸收强度增强。特别地,计算也显示了某特定硫含量掺杂时,α-Fe2O3-xSx合金的能带结构具有直接带隙性质。这种能带结构和带隙值的变化将明显地提高α-Fe2O3-xSx合金的可见光吸收,并促进其在太阳能电池方面的应用。对于N和S共掺杂α-Fe2O3电子结构的研究,数值结果显示了相对于氮单独掺杂α-Fe2O3的情况,N和S共掺杂引起的非占据态能级更加靠近体系的价带顶,从而降低了跃迁能级及改善了材料的p-型导电性。这种现象主要原因是硫对α-Fe2O3中氧原子的取代使掺杂体系的价带边向高能级方向移动。另外,形成能的计算也显示了这些阴离子掺杂的α-Fe2O3体系在富铁的实验条件下相对较容易实现。