发展第一原理计算方法。充分发挥计算硬件资源的特点，采用计算数学的最新研究成果，最大限度在现有理论方法的基础上，提高计算效率。我们在有限元的框架内，在自洽过程中采用区域分解技术，求解Kohn-Sham 方程。与其它方法相比，采用有限元方法的最大优点是，能够根据精度要求，能够在所需要的局部空间上快速加密网格，最大限度地利用计算资源。在有限元的框架内采用区域分解技术，将大部分计算量变为只与空间尺度成正比的计算量，不但减少了计算量使得研究的体系有可能增大很多，更为重要的是，区域之间的信息交换不多，在机器上实现时，可以每一个CPU 上计算一个区域，充分利用我国现有微机群的并行特点。
发展第一原理计算和量子模拟在纳米科学和能源材料中的应用。太阳能由于其稳定、清洁、安全，成为众多新能源中的首选。降低原材料消耗，寻找替代晶体硅的太阳能材料，提高电池的效率以降低生产成本，是维持光伏产业持续高速发展，在未来二十年内使太阳能发电成为一种重要发电方式的保证。我们从第一性原理为主的计算方法出发，以降低材料成本、减少毒性和增加效率为目的，对以II-VI到I-III-VI2再到I2-II-IV-VI4和III-V到II-IV-V2再到I-III-IV2-V4的演化（mutation）的思路进行新型光伏转换的半导体多元合金的设计，通过研究其晶体结构、电子结构、光学、缺陷、杂质、界面以及相关的各种性质随化学元素、合金成分和元素排列的变化，寻找具有更优越性质的合金成分，并为实验合成和结果的解释提供指导。
