在目前的太阳能电池产品中，多晶硅太阳能电池以其成本低的优势在市场中所占份额高达45％以上。然而多晶界、高密度位错、微缺陷及相对较高的杂质浓度等缺点却制约其光电转换效率的进一步提升，其中多晶硅晶界与过渡金属杂质的作用机制比较复杂，对太阳能电池中少数载流子复合产生极大影响。过渡金属杂质和Si之间的相互作用问题也是半导体器件物理、材料物理研究的重要课题，所以研究过渡金属杂质在Si中的电子结构以及原子运动特性对提高太阳能电池效率有重要的指导作用和实际意义。本文通过第一性原理密度泛函方法，研究了过渡金属杂质(主要是Fe)在多晶硅晶界处的电子结构以及其在晶界上的分凝机制。　　 首先，选择相对简单的∑5＜310＞晶界作为研究对象，分别计算了两种不同的界面模型，通过界面能的计算，发现Z类型的晶界相对S类型晶界具有更低的界面能且更稳定，这一结果是与实验中高分辨透射电镜的观测相一致。然后，研究了金属Al原子与晶界的相互作用，在晶界上选取了a-f六个不同的掺杂位置，并以体内g位置为参考点依次算得分凝能，发现晶界上不同掺杂位置对杂质的分凝作用不同，即对应不同的分凝能大小。研究表明晶界形变是不同掺杂位置处分凝能的决定性因素。另外，进一步比较了间隙Al掺杂和替位Al掺杂，得出替位Al在晶界上可以更稳定地存在，计算结果符合真实的实验观测结果。通过对两种掺杂方式下电子结构的计算，发现间隙Al会在带隙中引入杂质能级，而替位Al则没有。　　 为了研究过渡金属杂质Fe与多晶硅晶界的相互作用，在同样的晶界掺杂位置处掺入间隙Fe原子，发现在∑5＜310＞晶界上只有一个间隙位置的总能要低于体内掺杂，此计算结果一方面预测了Z型晶界对过渡金属杂质的分凝作用，另一方面也展现出不同掺杂位置的稳定性差别。从晶格形变大小、态密度和电荷密度的计算结果中，分析出晶界某个位置上杂质的稳定性是由晶格应变、晶体场劈裂以及轨道杂化共同决定的。从计算的态密度图中发现间隙Fe的t2g能级低于eg能级，这与一般情况下四面体晶体场中的轨道劈裂是不一样的（在四面体晶体场中，eg能级低于t2g能级），发现这主要是因为四面体间隙Fe原子处在四个最近邻的Si-Si反键位置上，实际起作用的应该是六个次近邻Si原子，对应着八面体晶体场。另外，从态密度图和电荷密度图中发现Fe原子和最近邻的Si原子之间存在较强的p-d耦合作用，这是Fe原子的电子组态(3d64s2)和间隙Fe的电子组态(3d8)不同的直接原因。p-d耦合作用会影响间隙Fe原子在带隙中间对应的杂质能级位置，也会影响掺杂位置处原子的稳定性。　　 相比于∑5晶界而言，∑3晶界在多晶硅中是最为常见且比例最大的晶界，所以进一步研究了杂质Fe与∑3＜112＞晶界的相互作用。目前的研究结果显示单个Fe原子是不会在∑3＜112＞晶界处分凝，但是实验观测中却在∑3晶界处发现较强的Fe沉淀，推测Fe的沉淀可能是由于Fe与其它杂质（如晶界处空位、FeB对、以及O间隙原子等）在晶界上共同作用而造成的。从初步计算结果来看，当把晶界上的Si原子替换成替位B以后，Fe在晶界上的分凝能发生了很大的变化，几乎每个晶界掺杂位置对于Fe杂质都有分凝倾向，最大的分凝能达到leV。由于晶界上的Fe与其它杂质原子的相互作用机制较为复杂，相关研究有待深入讨论。但总的来说，过渡金属杂质和晶界相互作用机理的研究，有望指导Fe杂质的钝化以及吸杂工艺的改进。