能源是世界可持续发展和经济增长的最基本驱动力，是人类赖以生存的基础。能源问题是目前全世界面临的重大问题。在科技日趋发展的今天，人类对生活水平的要求越来越高，同时对环境的污染也越来越严重。在享受着能源带给人类的经济发展以及科学进步等利益的同时，也遇到一系列不可避免的能源安全挑战。如能源短缺，各国资源相互争夺以及过度开采和使用所造成的环境污染等问题正在威胁着人类的生存与发展。所以人类提出可持续发展战略，开发新能源，将目光投向了清洁型可再生能源的利用。目前风力和水力已经很好的被人们开发和利用，但能源总是不能满足人类需求的，所以人们把目光移向了另一个更大的能源——太阳。　　1998年，由哈佛大学Eric Mazur教授带领的课题组，在SF6和Cl2气氛下，通过飞秒激光辐照单晶硅表面，得到了高度大约40μm的准规则排布的类圆锥结构。通过研究发现，该材料具有奇特的光学性质，普通硅不能吸收波长大于1100nm的光，但这种具有类圆锥结构的硅对进紫外和红外波段（0.25～2.5μm）的光拥有极高的吸收率。由于表面具有较好的陷光性，使得肉眼看上去呈黑色，故命名为“黑硅”。对于如此奇特的光学性质，科学家们开始针对这种材料进行太阳能电池的实验研究。虽然这种材料具有普通硅无法比拟的光吸收率，但实验室得到的最大光电转换效率并没有明显的优越于传统的晶体硅太阳能电池，甚至更低。　　经热退火处理后的黑硅对可见光的吸收没有明显的变化，红外吸收率却大大降低。以此推断出黑硅对红外光的吸收与内部杂质原子的位置和缺陷有关。本文根据第一性原理密度泛函理论(DFT)，应用CASTEP模块从头计算理论模拟了3×3×3的超晶胞（216个原子）结构，通过改变硫的掺杂浓度和硫原子在晶格中的行为，包括取代、间隙（不成键）以及不同配位，分析不同缺陷结构的能带结构以及分波态密度。通过计算结果发现硫原子位于取代位的结构中，生成的杂质能级位于导带底，属于深能级杂质;而在硫原子位于间隙（不成键）和四重配位的结构中，杂质能级位于价带顶，属于浅能级杂质。随着硫掺杂浓度的增大，杂质能级数目增多导致费米能级逐渐靠近导带，当硫浓度增加到一定程度时，费米能级则进入导带，使材料显现出金属的性质。在形成能级计算中我们得到了如下两点，(1)单独的硫原子在硅晶格内最终位于取代位上;(2)两个硫原子在硅晶格中最终趋向于最邻近的取代。在光吸收和光电转换效率的分析中，硫原子位于间隙（不成键）和四重配位结构显现出了极为优越的吸收率，应用细致平衡理论计算得出了在较小化学势的范围内拥有一个急速上升的光电转换效率。但有不足的是，如果得不到合理的内电压范围，转换效率则只有1％左右（远远低于传统晶体硅太阳能电池）。