半导体材料在信息通讯领域具有广泛的应用,成为国际学术届非常活跃的研究热点之一。近年发现半导体材料具有光—电能量转换特征,在太阳能方面应用具有潜在应用。本文在前人实验和理论工作基础之上,应用《固体与分子经验电子理论》系统研究了半导体材料在电输运和能量转换过程中的电子结构、体系的能量及物理性能,揭示其基本的机理。获得的主要结果如下所示：1.半导体材料Si、Ge的研究表明：它们的价电子杂化态都处于第6阶,共价电子对数：nc=0.97,泡令作用系数：β=0.71。基于价电子结构计算结果,计算得两种元素的结合能分别为464 kJ/mol和384 kJ/mol,与实验值446 kJ/mol和372 kJ/mol相符。2.稀土Gd和Tb元素的价电子结构和物理性能的研究表明：在不考虑4f电子的情况下,计算结果显示：Gd和Tb原子的s,p,d电子分布相似,这可以用于解释它们具有相近的物理性能。结合能计算显示Tb原子的计算值与实验值的相对误差理论值明显高于Gd原子,这表明Tb原子的4f电子更易成键,故对于结合能有贡献。从两种原子的单原子的轨道稳定性来看,Gd的单原子态符合洪特半满规则特例,故相对于Tb原子来说,不易成键。熔点计算结果与实验符合很好,这说明4f电子对于Gd和Tb的熔点基本上无影响。这归于高温磁无序,在熔点附近磁电子整体排列无序对于熔点几乎无影响。3.太阳能候选材料CdS的研究表明：具有纤锌矿结构和闪锌矿结构的CdS中的Cd原子和S原子的价电子态均处于第四阶；它们的价电子分布相似,化合物中的Cd-Cd, S—S,S—Cd键长相近,计算的两种结合能差异小,可解释了实验中两相并存的现象。而结合能计算结果表明,纤锌矿结构的CdS具有更高的理论结合能值,故稳定性更高。键能计算表明：纤锌矿结构中长键Cd-S、Cd-Cd和S-S键能很小,容易断裂。与c轴不平行的强键Cd-S键容易转动,从而导致了价电子分布的变化。以上分析表明,高压相变的产生依赖于强键的转动和弱键的断裂,这些都起源于晶体的各向异性。4.ZnO的价电子结构计算和分析表明：电子结构分析显示晶格电子的提供者为Zn原子的4s电子,导电性主要取决于4s电子,这与第一性原理结论相同。与金属锌的13杂阶的价电子分布(s1.1689p2d1.1689)相比,ZnO的锌原子处于第4杂阶,价电子分布为s1.8877p2d1.8877,由于外层s层电子和d层电子数都有所增多,锌氧化造成了部分3p层电子转化为3d和4s电子,从而导致了性能的变化；根据固体与分子经验电子理论推测：掺杂半导体的类型依赖于掺杂原子提供的价电子数目。