CuInSe2柔性太阳能薄膜材料力学性能的键弛豫理论及实验研究

CuInSe2柔性太阳能薄膜是一种极具发展潜力的绿色能源材料，该材料是一种纳米尺度的，并且在生产和使用过程中会发生应力场改变的特殊薄膜材料。而当薄膜厚度、所含晶粒尺寸或应力场发生变化时，杨氏模量和硬度等力学性能就不再是一个常量了，这势必会影响到该材料制备的便捷性和使用的可靠性。而这种反常的力学行为，目前的理论解释争论激烈，其原子起因仍不清楚。本项目从理论和实验两方面研究纳米尺度CuInSe2薄膜的杨氏模量和硬度等力学性能。理论上，根据近期发展的键弛豫理论，从键的形成、断裂和弛豫的角度出发发展新的解析模型，从原子尺度解释和预测CuInSe2柔性太阳能薄膜力学性能的尺寸和应力效应；实验上，采用电化学沉积和磁控溅射工艺相结合，制备出不同厚度和晶粒大小的CuInSe2薄膜，采用纳米压痕等技术表征不同尺寸和应力条件下的力学性能。最终，我们把理论与实验相结合，实现对低维薄膜材料宏观力学性能的本质掌握。

CuInSe2柔性太阳能薄膜是一种极具发展潜力的绿色能源材料，该材料是一种纳米尺度的，并且在生产和使用过程中会发生应力场改变的特殊薄膜材料。而当薄膜厚度、所含晶粒尺寸或应力场发生变化时，杨氏模量和硬度等力学性能就不再是一个常量了，这势必会影响到该材料制备的便捷性和使用的可靠性。而这种反常的力学行为，目前的理论解释争论激烈，其原子起因仍不清楚。本项目从理论和实验两方面研究纳米尺度CuInSe2薄膜的杨氏模量和硬度等力学性能。理论上，根据近期发展的键弛豫理论，从键的形成、断裂和弛豫的角度出发发展了新的解析模型，从原子尺度解释和预测了CuInSe2柔性太阳能薄膜力学性能的尺寸和应力效应；实验上，采用电化学沉积和磁控溅射工艺相结合，制备出不同厚度和晶粒大小的CuInSe2薄膜，采用纳米压痕等技术表征不同尺寸和应力条件下的力学性能。最终，我们把理论与实验相结合，实现对低维薄膜材料宏观力学性能的本质掌握。研究成果已经有14篇学术论文发表在Nanoscale 、J. Appl. Phys. 等SCI期刊上。