环境污染与能源危机为当今世界的可持续发展带来严重阻碍,为解决煤炭、石油等不可再生能源消耗所带来的能源短缺与环境问题,如:酸雨、温室效应与臭氧层破环,人们迫切寻找新能源来缓解这类问题的产生,在众多新能源中,太阳能以其独特的优势引起广泛的关注,如:能源丰富、清洁无污染、无地域限制等,但不可忽视的是能量密度低、以及由于阴天或傍晚使得太阳光无法供应问题是光伏类新能源公认的发展瓶颈。为了将光能转换为可利用能源、并加以储存,必须借助能量转换材料及器件。铜基氧族化合物因其具有较强的光吸收能力、极佳的电子传输特性、较长的激发态寿命等优越性能而成为能量转换材料及器件领域的佼佼者。但目前铜基氧族化合物的研究还存在两个方面的问题,第一是对于其结构与性能变化的研究并不全面;第二是光电性能优异的潜在铜基氧族化合物材料未被发现、或者充分利用。为了解决以上问题,本文采用第一性原理计算方法,深入分析典型二元、三元、四元铜基氧族化合物的晶体结构、电子结构及光学性质,全面分析了多元铜基氧族化合物的电子结构随成分替换的演化规律并进行光催化、光伏应用筛选。主要研究内容及结果如下:(1)二元铜基氧族化合物:研究了二元CuQ和Cu2Q(Q=O,S,Se,Te)八种材料的晶体结构、电子性质以及其光学性质,计算结果表明:化合物Cu-Q、Cu-Cu、Q-Q的键长之间的相互作用与Q元素的基本性质相关,Q原子会显著影响晶体结构中键长键角的大小以及类别。Cu2Q和CuQ化合物的带隙值随着原子序数Q的增大而减小,并且随着Q原子序数的增加铜原子电荷密度逐渐减小,共价特征逐渐增强。与此同时,光吸收系数在可见光区逐渐增大。从以上描述,可见二元铜氧族化合物Q位元素对材料的结构及性质产生较大影响。不仅如此,CuO具有明显的多带隙特征,这对于光电转换具有很好的实践意义和应用潜力。(2)三元铜铁矿CuMO2化合物:研究了三元铜铁矿CuMO2光电功能材料的晶体结构、电子结构以及中间元素M的变换对材料性质的影响,总结铜铁矿CuMO2材料的基本性质,并对潜在的光电功能应用进行筛选和分类。结果表明:[CuO2]哑铃状结构和[MO6]八面体主要决定入射光子诱导载流子的产生、光生载流子的输运行为主要受Cu和M六方密排面的影响、而连接上述两个基元的[CuM3O]四面体主要影响光生载流子的分离效率。化合物带隙值的大小主要受[CuM30]四面体原子之间相互作用的影响,并且可以通过M元素的相关物理参数来表示。根据带隙值的预测对这些材料的光电功能应用进行分类和筛选。(3)四元锌黄锡矿Cu2ABS4化合物:研究了四元锌黄锡矿结构Cu2ABS4光电功能材料的晶体结构、电子结构以及中间A、B位元素的基本性质,分析中间元素对材料性质的影响。结果表明:对于四元Cu2ABS4化合物来说,阴离子偏移参数、点阵参数、晶格扭曲参数以及结合能都是影响化合物结构稳定性的重要参数,通过对比分析,可以发现结合能与阴离子偏移参数是调控带隙值的主要因素,并且阴离子偏移参数与带隙值的变化趋势之间关系更紧密,由此得知[Cu2ABS]四面体原子之间的相互作用是影响材料性质的主要因素。根据所得材料的性质,并且基于材料带隙值及凸包能量,对这些材料的光伏应用进行筛选。本文基于第一性原理计算对二元CuQ和Cu2Q、三元铜铁矿CuMO2、四元锌黄锡矿Cu2ABS4等铜基氧族化合物材料进行了全面、系统的理论计算和分析,探讨了晶体微观结构、材料组分变化对光电功能材料的电子结构和光学性质的影响规律和变化趋势。在此基础上深入分析了决定这些光电功能材料的带隙值的关键因素,并以此在基本依据初步对这些铜基氧族化合物材料的光电功能应用(光伏、光催化、热电、透明导电氧化物薄膜、光致/电致发光)进行了分类和筛选。为新型铜基光电功能材料和器件的开发提供的研究实例和相应的参数。