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高劣化耐久性・高効率太陽電池の実現に向けたマルチフィジックス計算化学手法の開発

开发多物理计算化学方法以实现高度耐用和高效的太阳能电池

基本信息

批准号：
13J04454
负责人：
桑原卓哉
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、コンピュータシミュレーション手法を用いることにより、高劣化耐久性・高効率太陽電池の実現に向けてその設計指針を得ることを目的としている。平成27年度は、密度汎関数強結合（DFTB）近似に基づく分子動力学計算プログラムの開発及びカーボン系薄膜材料のCVDシミュレーションへの応用を軸として研究を行った。1.DFTB法に基づく分子動力学計算プログラムの拡張平成26年度までに、DFTB法を用いた分子動力学計算プログラムの開発を行った。それにより、数万原子スケールの量子化学に基づく分子動力学計算が可能になった。しかし、長時間化に関する課題は解決できていない。そこで、当該年度は、Car-Parrinello法に基づく波動関数の仮想的な時間発展アルゴリズムをDFTB法に組み込むことで、量子化学的分子動力学計算の高速化に実現した。具体的には、原子核の運動と同時に、波動関数に仮想的な質量を与え、velocity-Verlet法に基づいて時間発展することで、計算負荷が最も大きい自己無撞着計算を回避することが可能になった。2.水素化アモルファスカーボンのCVDプロセスにおける硬質化機構の解明水素化アモルファスカーボンの機械的特性は、水素含有割合及びsp3割合に大きく影響を受けることが知られている。とりわけ、sp3割合が高い膜において優れた機械的特性を示すことが理解されている。しかし、sp3結合の生成に基づく硬質化機構に関しては、十分理解されているとは言えない。そこで、DFTB分子動力学計算プログラムを用いることにより、サブサーフェス領域におけるsp3結合の形成を可視化することに成功した。具体的には、sp2-richな領域においてsp3ネットワークが次第に形成されることが分かった。また、優れた機械的特性を有するa-C:H膜を形成するための、最適な照射エネルギー域の存在も明らかになった。

は, this study コンピュータシミュレーション gimmick を with いることにより degradation, high durability, high rate of unseen solar cell の be am に to けてその design the pointer をることを purpose としている. Pp.47-53 27 annual は, density masato several strong combination (DFTB) approximation にづく molecular dynamics calculation プログラムの発 and open びカーボン is の CVD thin film materials シミュレーションへの応 with を shaft としを line って research た. 1. に DFTB method base づく molecular dynamics calculation プログラムの company Zhang Pingcheng 26 year までに, DFTB を with いた molecular dynamics calculation プログラムの open 発を line った. Youdaoplaceholder0 それによ, tens of thousands of atoms スケスケスケそれによ quantum chemistry に basis づく molecular dynamics calculations が possible になった. <s:1> てする, long-term に related する issues に to solve ででてなな. そこで, when the annual は, Car - Parrinello に base づく wave number of masato の仮 think な time 発 exhibition アルゴリズムを DFTB に group み込むことで high speed, the molecular dynamics of quantum chemistry calculation のに be presently した. Specific には, nucleus の movement とに at the same time, the wave number of masato に仮 think な quality を and え, method of velocity - Verlet にづいて time 発 exhibition することでが computational load, the big もきい hit yourself without computing を avoid することが may になった. 2. The water element アモルファスカーボンの CVD プロセスにおける hard change institutions MingShuiSu の solution change アモルファスカーボンの mechanical features は, containing water, cut and び sp3 cut close に big きくを by けることが know られている. とりわけ, sp3 cut high がい membrane において optimal れた mechanical properties を shown すことが understand されている. The combination of に, づく and sp3 <s:1> generates a に base づく hardening structure に related to <s:1> て, and fully understands the されて, ると, ると, えな and えな. そこで, DFTB molecular dynamics calculation プログラムを with いることにより, サブサーフェス field における sp3 combined の form を visualization することに successful した. Specific には, sp2 - rich な field において sp3 ネットワークが initial に form されることが points かった. また, superior れた mechanical properties を has する a - C: H film を form するための, optimum な irradiation エネルギー domain のも Ming らかになった.