【正文】 果有一定的偏差，為了修正這種偏差， 1982年， Swope等人 [56]提出了速度 Verlet，表示為： ? ? ? ? ? ? ? ?212r t t r t tv t t a t? ? ???? ? ? ??? （ ） ? ? ? ? ? ? ? ?12v t t v t t a t a t t? ? ?? ? ? ? ????? （ ） 速度 Verlet算法解決了 計算過程中原子 位置和速度不同步的問題， 更準確的表述了實際原子的狀態(tài)和性質，而且 Verlet算法 的還有執(zhí)行簡明，對計算機內存要求不高等優(yōu)點，因此 被研究 者 廣泛使用。因此 人們基于有限差分 法 ，提出了 一系列 求解微分運動方程的算法 ， 其中 Verlet發(fā)展的算法在分子動力學中使用的最為普遍。因此，體系內的相互作用就變成了一個只依賴兩個原子核間距離的勢函數的量，而電子的影響則被化為了一個平均的勢場。而其中的力是原子間相互作用勢來決定的，根據模擬計算中選用的勢函數，即可推導出體系中原子之間相互作用勢，即可計算出 各個粒子在相空間中的運動軌跡，然后根據統計理論得到該系統的宏觀物理特性。顧名思 義，分子動力學方法是用運動方程來計算系統的性質，結果得到的既有系統的靜態(tài)特性，也有動態(tài)特性。分子動力學方法的出發(fā)點是對物理系統的確定的微觀描述。微正則系綜的熱力學勢函數用熵來表示： NVEB QkS ln? () 在分子動力學模擬中，粒子的運動規(guī)律按經典力學進行，因此，體系的能量是守恒的，在模擬體系的粒子數恒定，體積不變的情況下，模擬的系綜就是 NEV系綜。 NPT系綜是最常用的系綜，絕大多數的分子動力學模擬實驗都是在 NPT系綜下進行的。 1，等溫等壓系綜 一般情況下， 實驗室 所用的 材料 都認為 是處在等溫等壓條件下的。 按照 體系固定參數的不同，系綜可以 分為 多種， 而每種 系綜的配分函數 也不盡相同 。數值計算的誤差階數顯然取決于所采用的數值求解方法的近似階數。為了減小有限尺寸效應，人們往往引入 周期性、全反射、漫反射等邊界條件。其應用已從化學反應、生物學的蛋白質到重離子碰撞等廣泛的學科研究領域。這個方法適用的體系既可以是少體系統，也可以是多體系統；既可以是點粒子體系，也可以是具有內部結構的體系；處理的微觀客體既可以是分子，也可以是其它的微觀粒子。 每個分子運動的內稟動力學是用理論力學上的哈密頓量或者拉格朗日量來描述，也可以直接用牛頓運動方程來描述。因此，分子動力學模擬方法可以看作是體系在一段時間內的發(fā)展過程的模擬。 另一類為確定性模擬方法，即統計物理中的所謂分子動力學方法（ Molecular Dynamics Method）。在此方法中，體系位形的轉變是通過馬爾科夫 (Markov)過程，由隨機性的演化引起的。 對于一個多粒子體系的實驗觀測物理量的數值可以由總的平均得到。這樣只需根據原胞周圍的邊界條件計算原胞內粒子的運動 ,幅度減少了工 作量。接著是物理量的計算階段 ,沿著系統在相空間中的軌道計算一切令人感興趣的量。為了確定起見 ,可令初始位置 在格子的格點上 ,而初始速度則從波爾茲曼分布得出。 MD具體的做法是計算機上求運動方程的數值解。對于非平衡系統，發(fā)生在一個分子動力學觀察時間內的物理現象也可以用分子動力學計算進行直接模擬。但由于受到計算機速度及其內存的限制，早 期模擬的空間尺度都受到很大的限制。 鑒于上述原因和對 我們本身計算能力的考慮，本文中我們采用分子動力學模擬方法。材料性質與行為的計算與模擬可以簡單地分為兩大類：連續(xù)模型和原子模型。然而采用經驗勢必然丟失了局域電子結構之間存在的強相關作用信息，即不能得到原子動力學 過程中的電子性質 。在忽略核子的量子效應和 BornOppenheimer 絕熱近似下，分子動力學的這一 種假設是可行的。廣泛應用于材料科學、生物物理和藥物設計等。有些研究者對晶格的局部結構采用量子力學方法，對整個晶體采用原 子模擬技術，不失為一種較好的折中方法。雖然我們采用經典方法用計算機來模擬，但不應該忽視量子力學方法的研究，因為從本質上看后者更為精確。 計算機工業(yè)在過去的幾十年里快速發(fā)展，集成電路上晶體管的數目一直遵循摩爾定律按指數方式增長，計算機計算的功能越來越強大。 Catlow 研究組的工作是原子模擬技術發(fā)展的主要推動力，早期集中于 UO2缺陷能以及核裂變產物的計算。特別在材料科學中，計算機 “ 實驗 ” 成為多粒子系統模型和試驗觀測之間重要聯系方式。其中、固體材料的品類最多應用最廣泛，因此，研究最多的也是固體材料。 20 世紀 40 年代初，第二次世界大戰(zhàn)時期，當時美國在研制核武器的工作中，迫切需要解決流體動力學過程、核反應過程、中子輸運過程和物態(tài)變化過程等交織在一起的一系列問題，它們涉及的都是十分復雜的非線性方程組，用傳統的解析方法 求解是根本不可能的，因為需要在短時間內進行大量復雜的數值計算，沒有計算機而靠人們手工運算或用機械計算器也是絕對不可能的。電子計算機的出現促進了現代數值計算方法的發(fā)展，而電子計算機技術和計算方法的發(fā)展，使得用傳統的數學物理方法不能解決的問題得以解決，正是在這種情況下，促生了一門新興的科學 ——計算物理學。 所以本論文研究目的是 通過 采用花費較低的原子模擬的方法 ——分子動力學模擬，在比較短的時間里得到其 在拉力、溫度的變化下的 Cu 納米線的性質 ，為探索和促進 CIGS 太陽能薄膜電池的研究和 實用化 的 重要意義 提供 參考價值，將為其成分設計和確定制備工藝提供新思路和理論依據。 課題的研究目的及研究內容 研究目的 從現在的 國內外對于 CIGS 的研究和成果來看， CIGS 薄膜太陽能電池是一個具有優(yōu)良的性能，高的吸收效率，寬的能量帶系的新型的具有很大發(fā)展前景的材料。 所以，研究 CIGS 薄膜太陽能電池的意義是十分重大的 ，尤其是我國現在還處在對它研究的初級階段，更要加快步伐，盡管我們國家與該技術領域領先國家比較存在差距，但是我們國內相關單位開展此項工作達十年之久，尤其是近幾年開展此項技術研究工作的單位的數量和研究人員在很快增加。 (6)： CIGS是一種直接帶隙的半導體材料，最適合薄膜化。 (3)： CIGS的 Na效應。使 pn結附近的帶隙提高，形成 V字形帶隙分布等。近期通過網站和別的途徑了解到，一些單位計劃申請理想準備開展這方面的研究，例如北京科技大學，鋼鐵研究總院等，但是從立項計劃書中的研究計劃可以知道， 研究水平可以說是處于非常初始的階段，或者說是沒有 研究基礎只是計劃研究 CIGS 太陽能電池，這一點在我們學校很好的體現出來，老師和學長現在都處在對薄膜太陽能電池的一些性質和結構的研究，而且是計算機模擬，很難做到讓大家在實驗方面有所突破。日本和歐美在 CIGS 的研究方面投入大量人力和物力，并取得相當快的發(fā)展。這無論從原料供應和生產成本上都是不可能的。近 5 年中產量每年以 5017,以 )的增幅增加，按照這種增速，今后 5 年，日本的太陽電池的產量將占到世界總產量的 7080%，居于絕對的領先地位。其典型的結構為：Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2. CIGS 組成可表示成 Cu(InxGax)Se2 的形式，具有黃銅礦相結構，是 CuInSe2 和CuGaSe2 的混合半導體。薄膜太陽能電池只需幾微米的厚度就能實現光電轉換，是降低成本和提高光子循環(huán)的理想材料。 第 一 章 文獻綜述 研究背景、現狀與意義 能源和環(huán)境是人類社會必須面對的兩大基本 問題 ,日本經濟產業(yè)省發(fā)表的 2020年讀能源白皮書 預測 ,隨著中國汽車的普及 ,2020 年到 2020 年間 ,中國的石油進口量將達到與日本同等規(guī)模 ,能源供應將成為中國能否持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的關鍵因素 .所以利用太陽能是同時解決能源與環(huán)境這兩個問題的最佳選擇 .結合于我國現狀 ,薄膜太陽能的研發(fā)更是具有前景的科學項目 .隨著煤，石油，天然氣等能源日益枯竭和環(huán)境污染日益加劇，人們迫切需要尋找清潔可再生新能源。 分子動力學的應用 ………………………………………………………… ...........錯 誤 !未定義書簽。 (3): simulation and statistical parameters (focus on tension, temperature) on Cu nanometer lines effect. Therefore, we work to explore and promote CIS film research and development has important significance and reference value. Key words: Cu nanowires, tensile, molecular dynamics simulation of atomic 目 錄 摘要 ?????????????????????????????????? I Abstract??????????????????????????????? Ⅱ 第一章 文獻綜述 ………………………………………………………………………… .1 研究背景、現狀與意義 ………………………………………………………… ..…… . 1 課題的研究目的及研究內容 ……………………………………………………………錯誤 !未定義書簽。 利用 計算機模擬 中的分子動力學模擬的方法，本論文的主要目的： （ 1）： 了解薄膜太陽能電池的國內外研究背景及現狀； （ 2）：課題主要目地在于運用分子動力學原子模擬對 Cu 納米線拉伸的行為進行研究； （ 3）： 模擬 并統計 工藝參數 （重點是 拉力， 溫度）對 Cu 納米線 的影響。從商業(yè)產品發(fā)展的角度考慮，低成本、高效率、大面積的薄膜太陽電池的開發(fā)工作才有實際意義，因此人們把目光投向了這種新型的太陽電池。受材料及制備工藝的影響，晶體硅電池已經很難再提高轉換效率或降低成本。 本文首先回顧了 薄膜太陽能電池的 研究歷史和現狀，并簡要介紹了計算機模擬方法的理論基礎。 (2): the main purpose of using molecular dynamics simulation on atomic Cu nanowires tensile behavior of。 原子間相互作用勢 ………………………………………………………………… 18 分子動力學在材料科學中的應用 ………………………………………… ……………… 19 分子動力學的的適用范圍 ……………………………………………………… ..錯誤 !未定義書簽。 致 謝 ...................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。但受材料純度和制備工藝限制，成本高，很難再提高轉化效率或降底成本。這種電池就是一銅銦鎵硒 (CIGS)為太陽光吸收層的搞笑薄膜太陽能電池，簡稱為銅銦鎵硒電池火 CIGS 電池。 2020 年全世界太陽電池的生產量比上一年增加 31%，達到 520M W，日本企業(yè) 的生產規(guī)模在大幅度增加，（表 1）到 2020 年日本的生產規(guī)模達到了 254M W，已經占到 III 界產量的 50%。如果是現有的單晶、多晶、微晶 Si 太陽電池的話，消耗的 Si 的總量將達到 10 萬噸，是現在各種用途合計使用的 Si 的總生產量的 25 倍。第一代為單晶硅太陽能電池，第 二代為多晶硅， 非晶硅等低成本太陽能電池，第三代太陽能電池是高效，低成本，可大規(guī)模工業(yè)生產的銅鎵硒等化合物薄膜太陽能電池及薄膜 SI 系太陽電池，其制造成本在近期可以達到低于 75 日元 /W 的水平。 大約在 2020 年以前國內從事 CIGS 薄膜太陽能電池研究的單位極少，稍有影響的是天津南開大學光電子所和清華大學機械工程系功能薄膜研究室。如在膜厚方向調整 Ga的含量，形成梯度帶隙半導體，會產生背表面場效應，可獲得更多的電流輸出 。而這種晶粒尺寸是其他的多品薄膜無法達到的。有實驗結果說明比壽命較長的單晶硅電池的壽命一般比 40年還長。同時由于這類電池中所涉及的薄膜材料的制備方法主要為濺射方法和化學浴方法，這些方法均可以獲得均勻大面積的薄膜低成本奠定了基礎。這說明在我國發(fā)展 CIGS 太陽能技術在資源上具有優(yōu)勢和可行性。但是在這些有利條件的前提下，我們的可科研人員就要做出很大的貢獻，在引進國外先進的技術的同時，我們也要建立起我們國家自己的技術，我們要樹立最終必 須依靠自己國內研究力量的思想。諾依曼的理論指導下，美國研制出了第一代電子計算機。今天，計算物理學已發(fā)展成為與理論物理學和實驗物理學相并列的一門科學。材料科學包括固體材料、液體材料、氣體材料。在統計力學和凝聚態(tài)物理中 的計算機模擬研究工作可追溯到 20 世紀 50 年代，到今天，它已經發(fā)展到物理化學的許多領域中，成為不可缺少的研究手段。在 20 世紀 70 年代用