随着全球环境的恶化以及能源消耗的加剧,开发和利用可再生能源的重要性日益突出。因而,开发利用可再生的清洁能源已经成为各国政府大力发展的领域之一。可再生能源中最具代表性的是太阳能光伏技术。硅材料以其高储量、合适的能带结构(较高的转换效率)、无毒无害、物理性能稳定(长寿命)等明显的优势成为了太阳能电池研究开发的主体材料。硅片的质量影响到成品太阳能电池的短路电流和断路电压等参数,在很大程度上决定了太阳能电池的发电效率和使用寿命。在此背景下,本文利用第一性原理方法研究了缺陷对晶体硅电子结构性质的影响。论文首先建立含单空位(V1)、双空位(V2)和六边形空位环(V6)缺陷超胞结构模型；接着研究了晶体硅中V1、V2和V6空位缺陷的原子和电子结构,分析了Jahn-Teller效应对电子结构的影响；然后,研究了这几种缺陷在布里渊区附近的电子(空穴)有效质量；最后,研究了应力(应变)对含缺陷晶体硅电子结构的影响。通过上述研究,本论文取得了以下主要结果：1.发现Jahn-Teller效应对缺陷结构稳定性和电子结构性质有重要影响。V1、V2空位缺陷中存在Jahn-Teller效应,弛豫后原子结构对称性下降；V6空位缺陷中没有发生Jahn-Teller效应,弛豫后原子结构对称性不变。无Jahn-Teller效应的V6空位缺陷是V1、V2和V6缺陷中最稳定的缺陷,双空位两种类型的缺陷V2-RB结构与V2-LP结构相比略微更稳定由于其更小的空位形成能。V1和V2电子结构中在带隙中存在深能级；而V6在带隙中出现拖尾带。JT形变对分解电荷密度的影响表现在：V1和V2-LP构型的间隙带分解电荷密度具有明显的方向性,而V2-RB和V6的间隙带和拖尾带几乎没有方向性,主要是来自空位最近邻原子的电荷构成。JT形变也对差分电荷密度有相似的影响。2.结果表明空位缺陷对晶体硅电子(空穴)的有效质量有较大影响。完美晶体硅和六边形空位缺陷的能带结构具有立方对称性,而单空位和双空位缺陷体系由于Jahn-Teller畸变使出现的间隙带具有非对称的和局域的特性；完美晶体硅和含空位缺陷体系本征能带所对应的电子(空穴)有效质量具有近似相同的对称性,表明Jahn-Teller畸变没有改变单空位和双空位导带底和价带顶非局域态的能带的对称性；单空位缺陷间隙态和价带顶的局域态能带电子(空穴)有效质量值均不大且有一定的方向性,LP型和RB型双空位相应的有效质量均具有明显方向性,而六边形空位缺陷相应的有效质量具有对称性,说明Jahn-Teller畸变对单空位和双空位的间隙态和价带顶的局域态的能带有明显的影响；通过空位缺陷对晶体硅能带结构和有效质量的影响分析可以进一步探讨空位缺陷对晶体硅电导率及电子迁移率的影响,从而深入揭示空位缺陷对晶体硅电学性能影响的物理本质。3.我们发现应变(压应变或张应变)越大,总能越高,结构越不稳定。同时,应变对不同空位能带结构有不同的影响,具体表现在应变不改变六边形和单空位缺陷能带本身的对称性,而对双空位能带的对称性影响较大。且双空位LP型间隙带对压应变比较敏感,而双空位RB型间隙带对张应变比较敏感。此外,应力对带隙都有调控作用,这种调控作用与空位类型关系不大。