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由于铁电材料具有自发极化的特点,铁电光伏效应完全有别于传统p-n结的光伏响应方式,它的光生电压可以数倍甚至数十倍于它的能带带隙值。但阻碍铁电光伏器件发展的最大难题是其大的带隙而导致的非常小光生电流。因此,研究并探索有效降低铁电光伏材料的带隙是目前铁电光伏效应的研究热点。本论文采用第一性原理方法研究了磁序、掺杂以及应变对BiFeO3、SnTiO3和BiCoO3铁电材料带隙影响的规律,探讨了带隙变化的内在机制,主要研究工作如下:（一）计算了对应不同磁序的四方BiFeO3的带隙,结果发现,当G-type反铁磁序转变为铁磁序后,t-BiFeO3的带隙从1.530 eV减小到1.037 eV,同时仍然保持较大的铁电极化强度（160μC/cm2）。与C-type/G-type相比,A-type/FM的带隙变小来源于Fe和Ob的离子性增加造成的Fe 3d eg反键态的能级向下移动和Ob 2p态的能级向上移动,这种磁序对带隙的调节为降低铁电材料带隙改善铁电光伏性能提供了一种新的思路。（二）研究了磁序和B位离子有序对带隙降低的影响规律。研究发现具有交叠结构AS1（Fe/Cr交替堆叠有序结构）和C-type反铁磁有序的四方Bi2FeCrO6（AC-t-Bi2FeCrO6）具有最稳定的结构。它具有最小的带隙（0.780 eV）和最大的极化强度（61μC/cm2）。电子结构分析显示其能带结构导带底（CBM）由Fe 3d态和小部分Bi 6p态贡献,而导带最大（VBM）主要由Cr 3d态和O 2p态贡献。以上结果说明,AC-t-Bi2FeCrO6是铁电材料中非常具有潜力的一种铁电光伏材料。（三）研究了对应不同磁序赝立方Bi2FeCrO6（p-BFCO）的带隙。研究发现,p-BFCO的A-type反铁磁结构和铁磁结构FM具有窄的带隙（约1.120 eV）,这说明p-BFCO对磁序非常敏感。电子结构分析显示,A-type/FM的窄带隙主要源于Fe电离度的加强所引起的Fe 3d反键态的能级下移所造成。p-BFCO的极化强度在不同磁序的情况下仍保持较大的数值。p-BFCO的C-type（pc-BFCO）的带隙是最稳定的结构,在基于不同基片应变作用下,其能带带隙变化范围为2.167 eV到1.206 eV,带隙的降低主要来源于Bi6p和Fe 3d反键态向费米能级移动造成的,同时,pc-BFCO的极化强度由于阴离子和阳离子的相对位移的改变而随着应变的增加而增大。本工作为降低铁电光材料的带隙提供了另一种方案。（四）采用基于密度泛函理论的第一性原理对S掺杂的四方铁酸铋（BiFeO3）结构进行了模拟计算,并对其光吸收性能进行了预测。通过计算S替代O的形成能,获得了S的最可能替代位置和S掺杂BiFeO3最稳定结构。研究发现,S取代O会造成BiFeO3晶格沿c轴拉伸,体积膨胀。当S取代全部Fe顶位O位（D1）,形成BiFeO2S的c/a达到1.468,晶胞体积扩大近24%。电子结构分析表明,BiFeO3掺入少量的S(BiFeO2.875S0.125)会使带隙减小,由原来未掺杂的1.530 eV降低到1.350 eV。BiFeO2S相比BiFeO2.875S0.125,虽然带隙宽度变化比较小,但导带底分散程度变小,这种变化对光的吸收有明显作用。由态密度分析可知,BiFeO2S的导带最低点主要由Bi 6pz和Fe 3dz2轨道构成,而Bi 6s轨道、O 2pz轨道和S 2（px,py）轨道共同构成了价带顶。通过光学吸收系数的计算进一步表明,S的掺入改善了BiFeO3的可见光吸收性能。（五）研究了S掺杂对SnTiO3的带隙和极化强度的影响。通过计算两种最可能的替换掺杂位置,确定了稳定的SnTiO3-xSx掺杂结构。研究发现,S的掺杂会引起SnTiO3沿c轴拉伸,使c/a值变大,带隙宽度变小,极化强度变大。SnTiO3-xSx在x=0.33和x=0.50时的带隙相同,此时S掺杂量的改变并没有引起带隙的变化;但S掺杂量增加到x=1时（即SnTiO2S）具有金属性。进一步的态密度分析表明,S适量掺入后与Ti和Sn成键,降低了Ti的非占据态能量,导带的Ti 3d轨道向低能级移动,从而使掺杂SnTiO2S的带隙由SnTiO3的1.87 eV降低到1.01 eV。通过Bader电荷分析SnTiO2S带隙降低的原因,结果显示S的引入导致SnTiO2S中离子电荷的总数变小,体系整体电离度变弱,从而引起带隙变小。使用Berry相方法计算表明,随着掺杂量的增加,SnTiO3-xSx的极化强度也会增加。本工作从理论上预测S掺杂能够降低无Pb材料SnTiO3的带隙并使其保持大的极化强度,为改善SnTiO3的铁电光伏特性提供了一种有效手段。（六）通过将S引入到钙钛矿四方结构BiCoO3（C-type反铁磁序）中,BiCoO2S的带隙相比于BiCoO3发生大幅下降（约1.20 eV）并保持较大的极化强度值（186μC/cm2）,与BiCoO3的极化强度值179μC/cm2比较接近。值得注意的是,BiCoO2S的光学吸收系数发生非常明显的增强。BiCoO2S带隙的减少来源于Co 3d态向低能级的移动,这种移动是由于电负性小的S替代了电负性大的O导致了Co离子度发生变化引起的。BiCoO2S在不同基片上都具有窄的带隙和高的光学吸收,这对于铁电光伏的应用是有好处的。另外,通过S掺杂量的不同改变BiCoO2S的带隙大小,可以利用这点制备多层模的铁电光伏器件。