Análisis de las propiedades ópticas del TiO2 anatase dopado con N y F, por medio de cálculos DFT

Abstract

Manifiesta que el TiO2 es usado para foto generación de hidrógeno a partir del agua, degradación de Contaminantes bajo irradiación de luz visible y para celdas solares. Sin embargo, una limitación es que TiO2 anatase tiene un band gap amplio de aproximadamente 3.2 eV y puede absorber solo en la región ultravioleta (UV) (<380nmq. Esto reduce gravemente la utilidad de la energı́a solar al 5 %. Por medio de la simulación computacional en el marco de la Teorı́a Funcional de la Densidad (DFT) implementada en el código WIEN2k, usando la aproximación GGA-PBE, se ha observado que la fase anatase de TiO2 dopada con F, N o el codopado F-N exhibe una disminución en el band gap hasta en un 17 % para el dopado con N a una concentración de 10.4 %, y que esta reducción del gap está asociada a la mejor absorción en la zona visible del espectro de los sistemas estudiados. Los resultados indican que TiO2 anatase dopado en distintas concentraciones puede aumentar la eficiencia de celdas fotovoltaicas y que este aumento en la eficiencia es proporcional a la concentración del elemento dopante para los sistemas monodopados. El codopado, que continuamente es reportado como mejor, en cuanto a la reducción del gap y la absorción de radiación, en comparación con el monodopado, no ha mostrado serlo en el sistema de codopado por sustitución con N y F, en la región comprendida entre 1.70-2.79 eV. El efecto sinérgico del codopado solo es verificado en la región azul-violeta del espectro visible. La absorción de los sistemas en la parte visible del espectro, predomina en regiones por debajo del gap, esto se ha asociado al acoplamiento vibronico y a transiciones entre niveles de excitones.