太阳电池用Mo纳米薄膜结构演化及热膨胀分子动力学模拟

基于改进嵌入原子法(MAEAM)对Mo纳米薄膜进行了分子动力学(MD)模拟。研究表明,随着温度的上升,薄膜中原子振动变得剧烈,体系混乱程度增加;纳米薄膜的熔点与块体相比明显降低,当薄膜厚度为2.448nm时,其熔点从2895K下降到1800K。纳米薄膜热膨胀系数随温度的升高呈非线性增加,但是在相同温度下,纳米薄膜的膨胀系数比块体的大,并且尺寸越小,热膨胀系数越大,对于厚1.56nm的薄膜其热膨胀系数几乎是块体的两倍,呈现出明显的尺寸效应。比较Mo纳米薄膜与CuInGaSe(CIGS)晶体的膨胀系数,发现在很大温度范围内其差值仅约为15%,说明在薄膜太阳电池中采用Mo薄膜作为背接触衬底将有利于形成高质量的CIGS晶体,达到较高的光电转换效率。

Mo纳米薄膜热力学性质的分子动力学模拟

采用改进嵌入原子法(MAEAM),通过经典的分子动力学(MD)模拟计算了高熔点过渡金属体心立方(bcc)Mo块体Gibbs自由能和表面能.对于纳米薄膜的热力学数据,比如Gibbs自由能等,可以看成是薄膜内部原子和表面原子两部分数据之和,然后根据薄膜的体表原子之比就可以直接计算出总的自由能,并由此可以得到热力学性质与薄膜尺寸及温度的定量关系式.分别计算了bccMo块体及其纳米尺寸薄膜的自由能和热容,结果表明,Mo纳米薄膜的热力学性质具有尺寸效应,并且在薄膜尺寸小于15—20nm时,这种效应变得非常明显.通过对等容热容CV和等压热容CP等数据的计算,首次得到了Mo纳米薄膜CV/CP值随T/Tf(Tf为熔点)的变化规律,并与块体的数据进行了比较和分析.