Modifikasi Sifat Elektronik Material Perovskit NaYTiO4 oleh Variasi Konsentrasi Dopan Lantanum dengan Metode Density Functional Theory
Authors: Aji Wisanggeni Bayu , Sutrisno Hari 
Published: February 2022

<p>Energi celah pita dan <em>density of state</em> (DOS) dari NaY<sub>(1-x)</sub>La<sub>x</sub>TiO<sub>4</sub> (x = 0; 0,25; 0,50 dan 0,75) dapat diprediksi secara teoritis menggunakan pendekatan <em>density functional theory</em> (DFT). Perhitungan awal berdasarkan atas pendekatan <em>local density approximation</em> (LDA) dan <em>generalized gradient approximation</em> 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 NaYTiO<sub>4</sub> dan supersel (2×2×1) untuk NaY<sub>(1-x)</sub>La<sub>x</sub>TiO<sub>4</sub> (x = 0,25; 0,50 dan 0,75) dengan program CASTEP Materials Studio. Hasil perhitungan menunjukkan energi celah pita (<em>E<sub>g</sub></em>) 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 <em>E<sub>g</sub> </em>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 <em>E<sub>g</sub> </em>tersebut dikontribusi oleh transisi elektron antara pita valensi O 2<em>p</em> dan konduksi Ti 3<em>d</em><em>. </em>Susbtitusi atom La pada posisi atom Y tidak menghasilkan pita di tengah <em>E<sub>g</sub></em> (<em>intermediate band</em>) melainkan hanya memperlebar atau mempersempit celah pita pada NaY<sub>(1-x)</sub>La<sub>x</sub>TiO<sub>4</sub> akibat distorsi panjang ikatan Ti‒O. Penelitian ini menunjukkan peran signifikan dari La terhadap sifat elektronik material NaY<sub>(1-x)</sub>La<sub>x</sub>TiO<sub>4</sub> untuk aplikasi pada sel surya di masa depan. </p><p><strong>Modification of Electronic Properties of NaYTiO<sub>4</sub> Perovskite Material by Variation of Lanthanum Dopants Concentration using Density Functional Theory Method. </strong>Bandgap energy and density of state (DOS) of NaY<sub>(1-x)</sub>La<sub>x</sub>TiO<sub>4</sub> (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 NaYTiO<sub>4</sub> and supercells (2×2×1) for NaY<sub>(1-x)</sub>La<sub>x</sub>TiO<sub>4</sub> (x = 0.25; 0.50 and 0.75) with the CASTEP Materials Studio program. The calculation results show the bandgap energy (<em>E<sub>g</sub></em>) 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 <em>E<sub>g</sub></em> 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 <em>E<sub>g</sub></em> transition, which is contributed by the electron transition between the O 2<em>p</em> valence band and Ti 3<em>d</em> conduction band. The substitution of La atoms at the Y atomic position does not produce a band in the middle of <em>E<sub>g</sub></em> (intermediate band) but only widens or narrows the bandgap in NaY<sub>(1-x)</sub>La<sub>x</sub>TiO<sub>4</sub> due to distortion of the Ti‒O bond length. This study demonstrates the significant role of La on the electronic properties of NaY<sub>(1-x)</sub>La<sub>x</sub>TiO<sub>4</sub> materials for future solar cell applications.</p>