Mo摻雜調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.桂林電子科技大學材料科學與工程學院，桂林 541004；2.桂林電子科技大學，廣西信息材料重點實驗室，桂林 541004)

0 引 言

隨著環保意識的提高，人們迫切希望解決日益增長的能源需求與傳統化石能源產生碳排放污染之間的矛盾，太陽能被認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注[2]。具有自發極化特點的鐵電材料，由于所產生的鐵電光伏效應跟傳統p-n結的光伏響應不同，在光吸收應用中表現出很好的潛力[3]，故研究人員一直在嘗試通過各種途徑改善鐵電半導體材料的光學性能，其中離子摻雜調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光學帶隙較高(3～3.2 eV)[5]，故希望通過離子摻雜調控改善其光吸收強度，降低光學帶隙，提高光吸收強度。Gebhardt等[6]研究發現過渡族陽離子會占據B位，導致氧八面體中心偏離，造成畸變，改變鈣鈦礦陶瓷的光學帶隙。Pham等[7]研究發現，通過摻雜Mo可以使 NiTiO3陶瓷光吸收強度增加，從而減小光學帶隙值。Liu等[8]通過第一性原理計算研究發現，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現，摻雜Mo可減小TiO2帶隙，為n型摻雜。但目前對通過Mo摻雜BNT基無鉛鐵電陶瓷進行帶隙調控的研究較少，其對帶隙的影響規律與機理有待深入研究，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理。……