Modifikasi Sifat Elektronik Material Perovskit NaYTiO4 oleh Variasi Konsentrasi Dopan Lantanum dengan Metode Density Functional Theory

Abstract

Energi celah pita dan density of state (DOS) dari NaY_(1-x)La_xTiO₄ (x = 0; 0,25; 0,50 dan 0,75) dapat diprediksi secara teoritis menggunakan pendekatan density functional theory (DFT). Perhitungan awal berdasarkan atas pendekatan local density approximation (LDA) dan generalized gradient approximation dari Perdew-Burke-Ernzerhof (GGA+PBE) sebagai fungsional tukar-korelasi. Perhitungan awal energi celah pita dan DOS dilakukan pada unit sel konvensional (1×1×1) untuk NaYTiO₄ dan supersel (2×2×1) untuk NaY_(1-x)La_xTiO₄ (x = 0,25; 0,50 dan 0,75) dengan program CASTEP Materials Studio. Hasil perhitungan menunjukkan energi celah pita (E_g) sebesar 3,447; 3,384; 3,356 dan 3,560 eV untuk x = 0; 0,25; 0,50 dan 0,75 dengan metode LDA. Di sisi lain, metode GGA+PBE menunjukkan E_g sebesar 3,039; 2,963 dan 2,930 eV untuk x = 0; 0,25; 0,50 dan 0,75. Hasil perhitungan karakter DOS menunjukkan bahwa seluruh material menunjukkan transisi E_g tersebut dikontribusi oleh transisi elektron antara pita valensi O 2p dan konduksi Ti 3d. Susbtitusi atom La pada posisi atom Y tidak menghasilkan pita di tengah E_g (intermediate band) melainkan hanya memperlebar atau mempersempit celah pita pada NaY_(1-x)La_xTiO₄ akibat distorsi panjang ikatan Ti‒O. Penelitian ini menunjukkan peran signifikan dari La terhadap sifat elektronik material NaY_(1-x)La_xTiO₄ untuk aplikasi pada sel surya di masa depan. 

Modification of Electronic Properties of NaYTiO₄ Perovskite Material by Variation of Lanthanum Dopants Concentration using Density Functional Theory Method. Bandgap energy and density of state (DOS) of NaY_(1-x)La_xTiO₄ (x = 0; 0.25; 0.50 and 0.75) can be predicted theoretically using density functional theory (DFT) approach. The initial calculation is based on the local density approximation (LDA) and generalized gradient approximation of Perdew-Burke-Ernzerhof (GGA+PBE) as exchange-correlation functional. Initial calculations of bandgap energy and DOS were performed on conventional unit cells (1×1×1) for NaYTiO₄ and supercells (2×2×1) for NaY_(1-x)La_xTiO₄ (x = 0.25; 0.50 and 0.75) with the CASTEP Materials Studio program. The calculation results show the bandgap energy (E_g) of 3.447; 3.384; 3.356 and 3.560 eV for x = 0; 0.25; 0.50 and 0.75 with the LDA method. On the other hand, the GGA+PBE method shows an E_g of 3.039; 2.963 and 2.930 eV for x = 0; 0.25; 0.50 and 0.75. DOS character calculation results show that all materials exhibit the E_g transition, which is contributed by the electron transition between the O 2p valence band and Ti 3d conduction band. The substitution of La atoms at the Y atomic position does not produce a band in the middle of E_g (intermediate band) but only widens or narrows the bandgap in NaY_(1-x)La_xTiO₄ due to distortion of the Ti‒O bond length. This study demonstrates the significant role of La on the electronic properties of NaY_(1-x)La_xTiO₄ materials for future solar cell applications.