【摘 要】
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本文综述了传统透明导电材料在应用方面的研究进展以及Ti02基新型透明导电材料的诸多优势,从而采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对TiO2基透明导电材料进行研究。本
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本文综述了传统透明导电材料在应用方面的研究进展以及Ti02基新型透明导电材料的诸多优势,从而采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对TiO2基透明导电材料进行研究。本文主要计算了本征态、Nb掺杂、F掺杂及带有本征缺陷的锐钛矿相及金红石相TiO2的晶体结构、能带、态密度、电子密度等电子结构以及相应的光学性质。研究结果表明,Ti02基透明导电材料是基于3d轨道导电的,这与传统的透明导电材料的导电机制截然不同。并且锐钛矿相Ti02<010>或<100>晶面方向的载流子有效质量是<001>方向的8-9倍,体现出很大的各向异性。可见可以通过控制Ti02晶面的生长取向来改善其电学性质。而且样品制备的方法及环境对其性能也有重要的影响。锐钛矿相Ti02：Nb由于具有高达90%的杂质电离率,且载流子与可见光子相互作用甚微,从而表现出很好的光电性能。而金红石相TiO2由于其本身具有很大的载流子有效质量,并且杂质在金红石相TiO2中的电离率只有在锐钛矿相中电离率的一半左右,致使其中载流子浓度较低。从而使金红石相Ti02基材料具有很差的导电性。且计算结果与实验数据能很好吻合。由于F的价电子主要集中于2p电子轨道,对TiO2的导带3d轨道影响小,使两者杂化弱,载流子浓度小。并且在F掺杂的TiO2中载流子与可见光子的作用比Nb掺杂中的要强的多,致使TiO2：F对可见光的吸收比较大,降低了可见光的透过率。可见,TiO2：F更适合做光催化材料。从而揭示了TiO2基TCO导电的本质,以及预测出金红石相TiO2和F掺杂TiO2均不可作为TCO材料。
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