伴随着人类科学技术的不断进步,人类对能源利用的效率和需求也都在不断地提高,这为光伏器件的发展提供了极大的空间和机会。然而,针对纳米尺度的光伏器件性能预测是一项艰巨的任务,其挑战主要来自于高精度的光学和电学特性描述以及原子层面对器件性能的影响研究。传统的光伏器件仿真大多基于经典模型,仅依赖于经验参数,却忽略了原子层面和量子力学效应。因此,如何更加准确研究纳米尺度光伏器件具有重要意义。为了准确且高效地分析纳米尺度光伏器件性能,本文采用了一种基于密度泛函紧束缚理论(DFTB)和非平衡格林函数理论(NEGF)的量子电磁(QM/EM)方法。该方法在光伏器件电磁环境部分采用经典电磁理论描述,通过场的二次量子化对光伏器件产生耦合作用,最后全量子第一性原理计算获得光伏器件的光学和电学特性。本文将该量子电磁方法应用于硅纳米线光伏器件和等离激元增强型硅纳米线光伏器件的性能研究,在密度泛函紧束缚理论的基础上,不依赖于经验参数,模拟了光伏器件的电流-电压特性和光学性质。结果表明:1)原子层面的精细排布和非平衡条件对器件的光响应有明显的影响;2)纳米金属结构的局部表面电场增强效应,使光伏器件的能量转换效率显著增强。该方法在纳米尺度光伏器件设计和优化方面体现出明显优势。