本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了几种高性能新型材料的结构参数、电子性质和光学性质,主要包括以下两方面的内容：一、利用第一性原理对IV族二元和三元氧化物结构和相关性质的研究。寻找具有高介电常数的氧化物一直是半导体材料领域的研究热点之一,其中,过渡金属氧化物TiO2、ZrO2和Hf02和其三元化合物由于具有高介电常数受到广泛关注。此外,一些氧化物的同分异构体也有潜在的高介电常数的可能性。例如,反Ag2O结构的高态密度立方结构的Si02具有较高的介电常数,而这种结构的Si02的晶格与单晶硅的Si（100）表面具有良好的兼容性,有可能形成无缺陷的超晶格结构,有良好的应用前景。因此,本文在其基础上引入两种四族元素Ge和Sn,利用密度泛函理论框架下的第一性原理方法对SiO2、GeO2和Sn02,及其三元氧化物Si0.5Ge0.5O2、Si0.5Sn0.5O2和Ge0.5Sn0.5O2的结构和光学性质进行了研究。首先,优化所计算化合物的结构参数,通过能带结构和态密度的计算,获得并比较了这六种材料介电函数和吸收谱之间的区别和联系。结果显示,三元氧化物具有较高的密度和静态介电常数。随着元素序数的变化,化合物的晶格常数逐渐变大,而禁带宽度逐渐变小。而且,Si0.5Ge0.5O2和Si02的晶格常数与单晶硅的Si（100）表面非常接近。二、利用基于密度泛函理论和平面波赝势法的第一性原理计算方法研究了V掺杂的SiGe2N4和GeSi2N4的晶体结构、电子结构和光学性质。提高太阳电池转换效率的方法之一是利用中间带隙材料,以实现对太阳光光谱在更大波长范围内的有效吸收。因此,寻找可以满足太阳电池使用的中间带隙材料是学术界研究的热点问题之一。理论和实验上都在寻找可以形成多带隙的材料,其中掺杂黄铜矿以及尖晶石结构的半导体材料形成中f间J能带的现象已有相关报道。本部分以具有宽带隙性质的双立方尖晶石氮化物SiGe2N4和GeSi2N4作为母体材料,用过渡金属元素V分别替代SiGe2N4和GeSi2N4中占据八面体和四面体位置处的Ge元素和Si元素,组成了这两类母体材料的衍生化合物。通过比较这些衍生化合物的能带结构,可以看到过渡金属元素的t2g态形成了一个位于母体材料禁带内、且部分填充的局域能带,即形成了所谓的中间带隙材料。另外,对这些化合物光电转换效率进行了讨论。在太阳能辐射光谱内,通过与母体材料的吸收曲线相比,可以看到这些衍生化合物中的中间能带对于新形成的吸收曲线谱的贡献,八面体配位金属掺杂材料在红外和可见光吸收区有较高的吸收系数。