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当前,能源问题已经成为各国可持续发展的主要瓶颈,对可再生能源的有效利用成为急待解决的问题。太阳能以其取用不尽、绿色清洁无毒的特点成为解决当前能源和环境问题的理想新能源。铁电材料,是一种极具发展潜力的新型太阳能光伏材料。和pn结半导体光伏效应原理相似,具有自发极化的铁电体依靠其极化场(“内电场”)来分离光生电子-空穴对,可以产生相对高效的载流子分离能力。但是,铁电体的较大禁带宽度和较小的光伏输出电流密度,限制了铁电体在光伏效应中的应用。基于该本质问题,我们采用化学掺杂的手段对一种经典的铁电材料KNb O3作化学改性,旨在降低铁电体KNb O3的禁带宽度,提高铌酸钾基材料在光伏应用中的光电转换效率。其主要内容如下:首先,利用固相反应法制备出纯相的KNb O3陶瓷,之后设计并合成了一系列的Ba/Ni共掺KNb O3多晶陶瓷(K1-x Bax)(Nb1-x/2Nix/2)O3-δ,研究了在室温下Ba/Ni共掺对KNb O3晶格结构的影响:KNb O3为正交相,低浓度Ba/Ni掺杂KNb O3为四方相,(K0.5Ba0.5)(Nb0.75Ni0.25)O3-δ是立方相结构;XPS测试表面掺杂的Ni呈现为+2价,掺杂后的样品中存在着氧空位。其次,研究了Ba/Ni共掺对KNb O3铁电性的影响。Raman光谱表明Ba/Ni共掺对KNb O3晶格结构引起畸变发生结构演变外,还表明,随着Ba/Ni掺杂比的增加,(K1-x Bax)(Nb1-x/2Nix/2)O3-δ的室温铁电性在不断减弱。电滞回线的测试表明,在室温下,(K0.9Ba0.1)(Nb0.95Ni0.05)O3-δ的最大极化强度是4.61μC/cm2、剩余极化强度是1.47μC/cm2、矫顽场是11.3 k V/cm。而(K0.5Ba0.5)(Nb0.75Ni0.25)O3-δ在室温下失去铁电性。介温谱的测试结果进一步表明从低到高浓度Ba/Ni掺杂样品的结构变化与KNb O3结构随温度的变化非常相似,经历了正交—四方—立方的变化。第三,吸收光谱的测试表明,KNb O3的禁带宽度是3.3 e V,掺杂后的KNb O3的禁带宽度在1.1—2.0 e V之间可调变化。对其能级结构分析表明,带隙的变化主要是由于掺杂引起的结构弛豫和变价掺杂所引起的电荷转移。密度泛函理论计算表明,以低价Ni2+置换了钙钛矿的B位的Nb5+,在晶格中引入氧空位的同时,还在原来的价带的最高能级Nb的4d电子态之上、Fermi能级之下引入了杂质能级Ni的3d电子态,其共同作用降低了KNb O3的禁带宽度。同时由于掺杂进KNb O3的Ni原子的不等效分布,造成了带隙的非线性变化。