太阳能作为一种可再生的清洁能源,在应对当前化石能源枯竭及其在使用中造成的环境污染问题具有非常重要的现实意义。太阳能电池是利用太阳能解决能源危机与环境污染的有效途径。近年来,钙钛矿材料因其带隙可调、光吸收系数大、载流子有效质量小和迁移率高等优点,在太阳能电池、光电探测器、存储器、光催化等领域具有广泛的应用,同时,对其性能的优化与改进也引起了科研学者的极大关注。经过十几年的发展,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）从最初的3.8%提升到了25.7%。虽然钙钛矿材料已成为科研界广泛研究的对象,但是当前制备的钙钛矿光伏器件多数含有毒性元素—铅,对环境的污染十分严重,极大的限制了其在实际生产生活中的应用。因此,寻找清洁高效的非铅钙钛矿太阳能电池材料成为了近年来的研究热点。另外,钙钛矿的对应物反钙钛矿,因其具有与钙钛矿相似的结构特点和物理性质,也吸引了广大研究人员的科研兴趣。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了AZr X3（A=Ba,Ca;X=S,Se,Te）无铅钙钛矿、针状α相AZr X3（A=Ca,Sr,Ba;X=S,Se）无铅硫族钙钛矿以及X4A2O（X=Ca,Sr,Ba;A=As,Sb,Bi）反钙钛矿的电子结构与光电特性。主要的研究内容和结论概括如下:我们研究了AZrX3（A=Ba,Ca;X=S,Se,Te）无铅钙钛矿的光电特性。结果表明,AZr X3无铅钙钛矿都是直接带隙半导体材料,容忍因子介于0.85～0.95之间,形成能位于-1.09～-1.83 e V/atom之间,分解能介于-0.09～0.06 e V/atom之间,表明AZr X3钙钛矿具有稳定的晶体结构。采用杂化密度泛函（HSE06）计算方法,同时考虑自旋轨道耦合（SOC）效应,对Ba Zr S3和Ca Zr S3的带隙值进行了计算,计算结果与实验的测量值非常接近,表明该理论研究可信度高。Ba ZrS3具有空穴有效质量小（0.21 m0）、载流子迁移率高、可见光吸收范围宽、光吸收系数高(～4×10~5 cm-1)等特点,且光谱极限最大效率（SLME）可达32.36%,高于MAPb I3（MA=CH3NH3）（～30%）,表明Ba Zr S3是很有前途的太阳电池材料。而AZr Se3和AZr Te3的光电性质计算显示它们也是潜在的光电材料。这些都表明,AZr X3钙钛矿是物理性能优异的光电材料。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,计算了针状α相AZr X3（A=Ca,Sr,Ba;X=S,Se）无铅硫族钙钛矿的电子结构和光学性质。计算表明,此类材料的容忍因子均在钙钛矿稳定范围,计算出的弹性常数满足波恩-黄昆判据,说明材料具有良好的力学稳定性。进一步分子动力学（AIMD）模拟图像证明,针状α相AZr X3无铅硫族钙钛矿热力学性能稳定。根据能带结构分析,针状α相AZr X3钙钛矿材料均为直接带隙半导体。针状α-Sr Zr S3的电子有效质量为0.30 m0,在可见光区域光吸收系数为～4×10~5 cm-1,表明具有良好的可见光吸收能力。在材料厚度为1.0μm时,SLME高达～32.64%,说明是潜在的太阳电池吸光层材料。同时,AZr Se3的光电性质计算显示它们也是潜在的光电材料。X4A2O（X=Ca,Sr,Ba;A=As,Sb,Bi）反钙钛矿为直接半导体材料,因含有“重”元素,采用HSE06+SOC计算方法计算能带结构,得出X4A2O反钙钛矿具有良好的带隙调控范围（0.59-1.90 e V）。弹性常数和AIMD计算结果表明,具有力学稳定性和热力学稳定性。同时,最高的载流子迁移率为729.84 cm~2V-1s-1,最高的光吸收系数达到6.5×10~5 cm-1,模拟的SLME也都接近30%。这些计算均表明X4A2O具有优异的光电性能。可以预测,X4A2O反钙钛在太阳能电池、光电探测器等方面有潜在的应用前景。