cu纳米线的拉伸行为研究大学学位论文Word格式.docx

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指导教师XXX

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材料科学与工程学院

摘要

硅材料是目前太阳能电池的主导材料，在成品太阳电池成本份额中，硅材料占了将近40%，商用光伏产品中的晶体硅太阳电池转换效率多在10％左右。

受材料及制备工艺的影响，晶体硅电池已经很难再提高转换效率或降低成本。

从商业产品发展的角度考虑，低成本、高效率、大面积的薄膜太阳电池的开发工作才有实际意义，因此人们把目光投向了这种新型的太阳电池。

薄膜太阳电池只需几微米厚就能实现光电转换，是降低成本及提高光子循环的理想材料，例如非晶硅、CuInSe2（CIS）、CuInGaSe2（CIGS）、和CdTe..等半导体薄膜材料。

其中C1GS薄膜因其独特的优异性能而被称为最有希望的光伏器件，而铟硒铜（CuInSe2，简称CIS）是最重要的多元化合物半导体光伏材料，光电转换效率高、性能稳定不会发生光诱导衰变，价格也低于传统的晶体硅模件，因而成为各国的研究热点之一。

本文首先回顾了薄膜太阳能电池的研究历史和现状，并简要介绍了计算机模拟方法的理论基础。

利用计算机模拟中的分子动力学模拟的方法，本论文的主要目的：

（1）：

了解薄膜太阳能电池的国内外研究背景及现状；

（2）：

课题主要目地在于运用分子动力学原子模拟对Cu纳米线拉伸的行为进行研究；

（3）：

模拟并统计工艺参数（重点是拉力，温度）对Cu纳米线的影响。

因此，我们的工作对于探索和促进CIS薄膜的研究和发展具有重要意义和参考价值。

关键词：

Cu纳米线，拉伸，分子动力学原子模拟

Abstract

Siliconsolarcelliscurrentlythedominantmaterial,inthefinishedcostofsolarcellsshare,siliconmaterialaccountedfornearly40%,commercialphotovoltaicproductsinthecrystalsiliconsolarcellconversionefficiencyin10%.Influencedbymaterialandeffectofpreparationtechnique,crystalsiliconsolarcellshavebeenverydifficulttoimprovetheconversionefficiencyandreducethecost.Fromacommercialproductdevelopmentpointofview,lowcost,highefficiency,largeareathinfilmsolarcelldevelopmentworkhasactualmeaning,sopeoplepaymoreattentiontothisnewtypeofsolarcell.Thinfilmsolarbatteryofonlyafewmicronsthickcanachievephotoelectricconversion,isreducingthecostandimprovingthephotonrecyclingisanidealmaterial,suchasamorphoussilicon,CuInSe2（CIS）,CuInGaSe2（CIGS）,andCdTesemiconductorfilmmaterials.TheC1GSfilmbecauseofitsuniqueexcellentperformanceandisknownasthemosthopefulphotovoltaicdevices,andindiumseleniumcopper（CuInSe2,CIS）isthemostimportantcompoundsemiconductorPVmaterial,highphotoelectricconversionefficiency,stableperformanceoflightinduceddecaydoesnotoccur,thepriceislowerthanthetraditionalcrystallinesiliconmodule,thusbecomeahotspotintheresearchof.Thisarticlefirstreviewedthefilmsolarcellresearchhistoryandstatusquo,andbrieflyintroducesthebasictheoryofcomputersimulationmethod.Usingcomputersimulationsinmoleculardynamicssimulationmethod,themainpurposeofthispaper:

（1）:

understandingthefilmsolarcellresearchbackgroundandcurrentsituationathomeandabroad;

（2）:

themainpurposeofusingmoleculardynamicssimulationonatomicCunanowirestensilebehaviorof;

（3）:

simulationandstatisticalparameters（focusontension,temperature）onCunanometerlineseffect.

Therefore,weworktoexploreandpromoteCISfilmresearchanddevelopmenthasimportantsignificanceandreferencevalue.

Keywords:

Cunanowires,tensile,moleculardynamicssimulationofatomic

目录

摘要…………………………………………………………………………………………I

Abstract…………………………………………………………………………………Ⅱ

第一章文献综述………………………………………………………………………….1

1.1研究背景、现状与意义…………………………………………………………..…….1

1.2课题的研究目的及研究内容……………………………………………………………4

1.2.1研究目的……………………………………………………………………4

1.2.2研究内容……………………………………………………………………5

第二章分子动力学简介与GULP软件………………………………………………….6

2.1计算材料科学…………….……………………………………………………………….6

2.2原子模拟与分子动力学简介…………………………………………………………….7

2.3分子动力学（MolecularDynamics,简称MD）方法…………………………..8

2.3.1引言………………………………………………………………………….8

2.3.2分子动力学模拟方法基本原理……………………………………………9

2.4分子动力学基础知识……………………………………………………………13

2.4.1基本理论…………………………………………………………………...13

2.4.2分子动力学基本假设……………………………………………………………...14

2.4.3分子动力学模拟的程序组成及边界条件……………………………………...15

2.4.4原子间相互作用势…………………………………………………………………18

2.5分子动力学在材料科学中的应用…………………………………………………………19

2.5.1分子动力学的的适用范围………………………………………………………..19

2.5.2分子动力学的应用…………………………………………………………...........20

2.5.3分子动力学的最新发展…………………………………………………………..22

2.6Gulp软件在分子动力学模拟中的应用………………………………………………23

第三章结论及分析…………………………………………………………………………...........25

3.1拉力………………………………………………………………………………………….25

3.2温度…………………………………………………………………………………….

3.3时间…................................................................................................................................

参考文献37

外文翻译39

致谢47

第一章文献综述

1.1研究背景、现状与意义

能源和环境是人类社会必须面对的两大基本问题,日本经济产业省发表的<

<

2003年读能源白皮书>

>

预测,随着中国汽车的普及,2010年到2020年间,中国的石油进口量将达到与日本同等规模,能源供应将成为中国能否持续稳定发展的关键因素.所以利用太阳能是同时解决能源与环境这两个问题的最佳选择.结合于我国现状,薄膜太阳能的研发更是具有前景的科学项目.随着煤，石油，天然气等能源日益枯竭和环境污染日益加剧，人们迫切需要寻找清洁可再生新能源。

作为地球无限可再生的无污染能源——太阳能的应用日益引起人们的关注，将太阳能转化为电能的太阳能电池的研制得到了迅速的发展。

目前以商品化的晶体硅太阳能电池的光电转化效率最高。

但受材料纯度和制备工艺限制，成本高，很难再提高转化效率或降底成本。

薄膜太阳能电池只需几微米的厚度就能实现光电转换，是降低成本和提高光子循环的理想材料。

所以太阳能转换材料的研究和开发的意义十分重大。

目前一种既具有高的光电转换效率，又具有比较低的制作成本，而且非常有希望在未来10年能获得较大规模应用，无论从理论计算还是从已经取得的实际研究结果的确可以使人有理由相信这一点。

这种电池就是一铜铟镓硒（CIGS）为太阳光吸收层的搞笑薄膜太阳能电池，简称为铜铟镓硒电池火CIGS电池。

其典型的结构为：

Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2.

CIGS组成可表示成Cu（In-xGax）Se2的形式，具有黄铜矿相结构，是CuInSe2和CuGaSe2的混合半导体。

CIGS薄膜太阳能具有优良的特性，一些技术发达的国家对CIGS薄膜太阳能能电池非常的重视，投入巨资进行研究和开发，尤其日本，美国，德国研究水平已经处于世界领先，已经接近和达到可以实际生产。

而且其性能和品质在不断的提高。

2002年全世界太阳电池的生产量比上一年增加31%，达到520MW，日本企业的生产规模在大幅度增加，（表1）到2002年日本的生产规模达到了254MW，已经占到I