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目前掺锡氧化铟(Indium Tin Oxide，简称为ITO)占据了透明导电薄膜市场的主要地位，但由于物以稀为贵，资源匮乏的In元素极大增加了ITO薄膜的成本。为了摆脱对ITO材料的依赖，研究人员将目光转向了掺杂氧化锌(X-ZnO)透明导电氧化物材料。 本文使用第一性原理方法研究了Al、Ga、In掺杂ZnO晶体的缺陷形成能和电子结构。首先采用局域密度近似(Local Density Approximation)+U(LDA+U)方法计算了ZnO2×2×2晶体和相同结构下In原子替代Zn原子掺杂的能带结构；然后使用LDA+U方法计算了96原子ZnO4×3×2超胞中AlZn、GaZn、InZn替代掺杂时1+、0电荷态及Ali、Gai、Ini间隙掺杂3+电荷态的缺陷形成能与费米能级的关系和跃迁能级εα(+/0)；最后通过线性外推法(LDA+U+X)对96原子ZnO超胞中AlZn、GaZn、InZn替代掺杂1+、0和1-电荷态的形成能及其跃迁能级进行了修正研究。结果表明LDA+U方法使ZnO晶体能带结构的导带上移、价带下移，拓展了带隙宽度；Al、Ga、In掺杂ZnO在晶体中形成一个浅施主能级；In原子替换一个Zn原子后，缺陷晶体的禁带宽度变小，费米能级进入导带，杂质能级靠近导带的底部，提高了ZnO半导体材料的光电性质；缺陷带电晶体的形成能会受到晶体价带的影响，由于LDA与LDA+U方法低估了ZnO晶体带隙宽度，所以也会相应低估Al、Ga、In掺杂ZnO晶体的形成能。经过LDA+U+X方法修正后，ZnO缺陷晶体跃迁能级εα(+/0)升高上移进入导带成为浅施主能级。相比LDA+U方法计算结果，形成能Ef增加，导电性质更强，符合实验观测到的缺陷ZnO晶体形成能、跃迁能级水平及其导电性质。