钙钛矿结构材料CH₃NH₃PbI₃由于其在如光伏、光电二极管、传感器和光催化剂等诸多领域中有出色的光电性能而受到相当大的关注。在新型钙钛矿太阳能电池中,将CH₃NH₃PbI₃用为吸光层材料。由于CH₃NH₃PbI₃内部无机金属卤化物八面体结构单元优异的电荷载流子迁移率以及有机部分所引入的塑性机械性能,从而使得这类电池具有优异的光伏性能,实现了较高的光电转化效率。因此,这类钙钛矿太阳能电池作为一种新的光伏技术被人们赋予了厚望。已有的研究发现CH₃NH₃PbI₃在不同温度范围内具有不同的结构相。除温度外,压力也是基本的一种纯粹的热力学变量之一,它可以仅改变原子间距离来改变材料的键合模式,从而导致结构相变。研究CH₃NH₃PbI₃在压力下的结构和光电性能有利于探索这种材料不寻常的晶格结构,有利于理解其新的化学和物理性质。本文运用基于密度泛函理论的第一性原理计算,深入研究压力对钙钛矿材料CH₃NH₃PbI₃晶体结构、电子结构以及光学性质的影响规律,主要研究内容和结论如下:1、研究了压力作用下CH₃NH₃PbI₃不同相变过程中晶体结构及其带隙的变化。实验结果表明,常温常压下CH₃NH₃PbI₃的晶体结构为四方结构（空间群为I4/mcm）,对于其高压结构,则存在两种可能的结构,即正交结构（空间群Imm2）以及立方结构（空间群Im 3）。基于此,针对上述两种相变过程进行研究,以明确压力对CH₃NH₃PbI₃这类材料晶体内部结构的影响。分析发现,压力作用下,这三种结构的带隙逐渐减小,而对于相变后,不论哪种高压结构,其带隙均会增加。实验研究将这种带隙的变化归结于CH₃NH₃PbI₃结构中[PbI₆]^4-八面体的变形,因此,本文首次使用[PbI₆]^4-八面体中Pb-I键的标准偏差σ来表征八面体的畸变程度,从而分析压力致使带隙发生变化的原因。研究发现,在压力作用下,CH₃NH₃PbI₃中Pb-I键长的减少和[PbI₆]^4-八面体的变形都对CH₃NH₃PbI₃的四方,立方和正交结构的带隙变化有显着影响。2、研究了压致相变对CH₃NH₃PbI₃光电性质的影响。通过计算CH₃NH₃PbI₃常压及两种可能存在的高压相这三种结构的能带结构图以及电子态密度图,可以明显看出三种结构导带底均由Pb-6p轨道组成,价带顶由I-5p和Pb-6s轨道组成。结合投影能带图,发现对于不同结构,各个轨道所占据比例大小不同。并且在本工作所施加的压力范围内并没有使CH₃NH₃PbI₃发生本质性的变化,即不论对于常压还是高压结构,CH₃NH₃PbI₃均是直接带隙半导体材料。电学性质方面还分析了压力作用下CH₃NH₃PbI₃不同结构的电荷转移情况,并给出了不同结构（110）面的面电荷密度作为补充说明。发现三种结构中Pb和I原子之间的相互作用表现为共价键和离子键共同作用,但Pb-I键的共价特性与经典的C-N共价键相比非常弱。除此之外,在光学性质方面,计算并分析了压力作用下CH₃NH₃PbI₃三种结构的复合介电函数、折射率、消光系数、反射率和吸收系数等。