Mo摻雜調(diào)控鈦酸鉍鈉鐵電陶瓷帶隙的實驗與第一性原理研究

謝曉宇，黎清寧，周昌榮,2，胡朝浩,2，袁昌來,2，許積文,2

(1.桂林電子科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，桂林 541004；2.桂林電子科技大學(xué)，廣西信息材料重點(diǎn)實驗室，桂林 541004)

0 引 言

隨著環(huán)保意識的提高，人們迫切希望解決日益增長的能源需求與傳統(tǒng)化石能源產(chǎn)生碳排放污染之間的矛盾，太陽能被認(rèn)為是有前景之一的清潔能源[1]，如何提高材料對太陽光吸收引起眾多研究者關(guān)注[2]。具有自發(fā)極化特點(diǎn)的鐵電材料，由于所產(chǎn)生的鐵電光伏效應(yīng)跟傳統(tǒng)p-n結(jié)的光伏響應(yīng)不同，在光吸收應(yīng)用中表現(xiàn)出很好的潛力[3]，故研究人員一直在嘗試通過各種途徑改善鐵電半導(dǎo)體材料的光學(xué)性能，其中離子摻雜調(diào)控是一種簡單有效的方法[4]。

Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)基無鉛陶瓷是一種綠色ABO3型鈣鈦礦鐵電材料，具有一定的光吸收能力，但純BNT光學(xué)帶隙較高(3～3.2 eV)[5]，故希望通過離子摻雜調(diào)控改善其光吸收強(qiáng)度，降低光學(xué)帶隙，提高光吸收強(qiáng)度。Gebhardt等[6]研究發(fā)現(xiàn)過渡族陽離子會占據(jù)B位，導(dǎo)致氧八面體中心偏離，造成畸變，改變鈣鈦礦陶瓷的光學(xué)帶隙。Pham等[7]研究發(fā)現(xiàn)，通過摻雜Mo可以使 NiTiO3陶瓷光吸收強(qiáng)度增加，從而減小光學(xué)帶隙值。Liu等[8]通過第一性原理計算研究發(fā)現(xiàn)，摻雜Mo可以改善SrTiO3光吸收波長范圍。Khan等[9]、Yu等[10]通過理論計算研究發(fā)現(xiàn)，摻雜Mo可減小TiO2帶隙，為n型摻雜。但目前對通過Mo摻雜BNT基無鉛鐵電陶瓷進(jìn)行帶隙調(diào)控的研究較少，其對帶隙的影響規(guī)律與機(jī)理有待深入研究，本文通過摻雜不同成分的Mo研究了BNT基陶瓷的光吸收和光學(xué)帶隙的變化，通過第一性原理計算分析了摻雜體系帶隙變化的機(jī)理。……