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Riportamu un effettu fotovoltaicu notevule in YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ceramica trà 50 è 300 K indotta da l'illuminazione laser blu, chì hè direttamente ligata à a superconductività di YBCO è l'interfaccia di l'elettrodu metallicu YBCO. Ci hè una inversione di polarità per a tensione di circuitu apertu Voc è u currente di cortu circuitu Isc quandu YBCO passa una transizione da u superconduttivu à u statu resistiu. Dimustremu chì esiste un potenziale elettricu attraversu l'interfaccia di metalli superconductor-normali, chì furnisce a forza di separazione per i coppie elettroni-buchi indotti da foto. Stu potenziale di l'interfaccia dirige da YBCO à l'elettrodu metallicu quandu YBCO hè superconduttivu è cambia à a direzzione opposta quandu YBCO diventa micca superconduttivu. L'urìgine di u putenziale pò esse facilmente assuciatu cù l'effettu di prossimità à l'interfaccia metal-superconductor quandu YBCO hè superconduttivu è u so valore hè stimatu à ~ 10-8 mV à 50 K cù una intensità laser di 502 mW / cm2. A cumminazzioni di un materiale p-type YBCO à u statu nurmale cù un materiale n-type Ag-paste forma una junction quasi-pn chì hè rispunsevule per u cumpurtamentu fotovoltaicu di a ceramica YBCO à alte temperature. I nostri scuperti ponu apre a strada per novi appiicazioni di i dispositi fotoni-elettronici è sparghje più luce nantu à l'effettu di prossimità à l'interfaccia superconductor-metallu.
A tensione indotta da foto in superconductors d'alta temperatura hè stata rappurtata à l'iniziu di l'anni 1990 è largamente investigata da allora, ma a so natura è u meccanismo restanu incerte1,2,3,4,5. I filmi sottili YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8, in particulare, sò studiati intensivamente in forma di cellula fotovoltaica (PV) per via di a so gap d'energia regulable9,10,11,12,13. Tuttavia, alta resistenza di u sustrato sempre porta à una bassa efficienza di cunversione di u dispusitivu è mascara i pruprietà PV primarie di YBCO8. On signale ici un effet photovoltaïque remarquable induit par un éclairage laser bleu (λ = 450 nm) dans une céramique YBa2Cu3O6.96 (YBCO) entre 50 et 300 K (Tc ~ 90 K). Mostremu chì l'effettu PV hè direttamente ligatu à a superconductività di YBCO è a natura di l'interfaccia di l'elettrodu YBCO-metallicu. Ci hè una inversione di polarità per a tensione di circuitu apertu Voc è u currente di cortu circuitu Isc quandu YBCO passa una transizione da a fase superconduttiva à un statu resistiu. Hè prupostu chì esiste un potenziale elettricu attraversu l'interfaccia di metallu superconductor-normale, chì furnisce a forza di separazione per i coppie di l'elettroni-buchi foto-indutti. Stu potenziale di l'interfaccia dirige da YBCO à l'elettrodu di metallu quandu YBCO hè superconduttivu è cambia in a direzzione opposta quandu a mostra diventa micca superconduttiva. L'urìgine di u putenziale pò esse assuciatu naturalmente cù l'effettu di prossimità14,15,16,17 à l'interfaccia metal-superconductor quandu YBCO hè superconduttivu è u so valore hè stimatu à ~ 10−8 mV à 50 K cù una intensità laser di 502 mW. /cm2. A cumminazzioni di un materiale p-type YBCO à u statu nurmale cù un materiale n-tipu Ag-paste forma, assai prubabilmente, una junction quasi-pn chì hè rispunsevule per u cumpurtamentu PV di a ceramica YBCO à alte temperature. I nostri osservazioni ponu più luce nantu à l'origine di l'effettu PV in a ceramica YBCO superconductora à alta temperatura è apre a strada per a so applicazione in i dispositi optoelettronici cum'è un detector di luce passiva veloce, etc.
A figura 1a-c mostra chì e caratteristiche IV di a mostra di ceramica YBCO à 50 K. Senza illuminazione di luce, a tensione à traversu l'esemplariu ferma à cero cù u currente cambiante, cum'è pò esse espertu da un materiale superconduttivu. L'effettu fotovoltaicu evidenti si prisenta quandu u fasciu laser hè direttu à u cathode (Fig. 1a): e curve IV parallele à l'assi I si move in discendenza cù l'intensità di u laser crescente. Hè evidenti chì ci hè una tensione foto-induce negativa ancu senza alcuna corrente (spessu chjamatu voltage circuit apertu Voc). A pendenza zero di a curva IV indica chì a mostra hè sempre superconducente sottu illuminazione laser.
(a–c) è 300 K (e–g). I valori di V (I) sò stati ottenuti da spazzà u currente da -10 mA à +10 mA in vacuum. Solu una parte di e dati sperimentali hè presentata per a chiarezza. a, Caratteristiche current-voltage di YBCO misurata cù spot laser posizionatu à u cathode (i). Tutte e curve IV sò linee dritte orizontali chì indicanu chì a mostra hè sempre superconducente cù l'irradiazione laser. A curva scende cù l'intensità di u laser crescente, chì indica chì esiste un potenziale negativu (Voc) trà i dui fili di tensione ancu cù u currente zero. E curve IV restanu invariate quandu u laser hè direttu à u centru di a mostra à l'etere 50 K (b) o 300 K (f). A linea horizontale si move à quandu l'anodu hè illuminatu (c). Un mudellu schematicu di a junction metal-superconductor à 50 K hè mostratu in d. E caratteristiche di tensione di corrente di u statu normale YBCO à 300 K misurate cù un fasciu laser puntatu à u cathode è l'anodu sò datu in e è g rispettivamente. In cuntrastu à i risultati à 50 K, a pendenza non-zero di e linee dritte indica chì YBCO hè in u statu normale; i valori di Voc varienu cù l'intensità di a luce in una direzzione opposta, chì indicanu un mecanismu di separazione di carica differente. Una struttura di l'interfaccia pussibule à 300 K hè raffigurata in hj A vera stampa di l'esempiu cù i cunduttori.
L'YBCO riccu d'ossigenu in u statu superconduttivu pò assorbe quasi u spettru tutale di a luce di u sole per via di a so gap energetica assai chjuca (Eg) 9,10, creendu cusì coppie elettroni-buchi (e–h). Per pruduce una tensione di circuitu apertu Voc per l'assorbimentu di fotoni, hè necessariu separà spazialmente coppie eh generate da foto prima chì a recombinazione si faci18. U Voc negativu, relative à u cathode è l'anodu cum'è indicatu in a Fig. 1i, suggerisce chì esiste un potenziale elettricu attraversu l'interfaccia metalli-superconductor, chì spazza l'elettroni à l'anodu è i buchi à u cathode. Se questu hè u casu, ci deve ancu esse un putenziale chì punta da u superconductor à l'elettrodu di metallu à l'anodu. In cunseguenza, un Voc pusitivu seria ottenutu se l'area di mostra vicinu à l'anodu hè illuminata. Inoltre, ùn deve esse micca tensioni foto-induce quandu u spot laser hè puntatu à spazii luntanu da l'elettrodi. Hè certamente u casu cum'è pò esse vistu da Fig. 1b, c!.
Quandu u puntu di luce si move da l'elettrodu cathode à u centru di a mostra (circa 1,25 mm fora di l'interfacce), nisuna variazione di e curve IV è micca Voc pò esse osservatu cù l'intensità di u laser crescente à u valore massimu dispunibule (Fig. 1b). . Naturalmente, stu risultatu pò esse attribuitu à a vita limitata di i trasportatori foto-induce è a mancanza di forza di separazione in a mostra. E coppie elettroni-buchi ponu esse create ogni volta chì a mostra hè illuminata, ma a maiò parte di e coppie e-h seranu annihilate è nisun effettu fotovoltaicu hè osservatu se u spot laser cade in spazii luntanu da qualsiasi elettrodi. Trascendendu u locu laser à l'elettrodi di l'anodu, i curve IV paralleli à l'assi I si move in sopra cù l'intensità di u laser crescente (Fig. 1c). Un campu elettricu integratu simile esiste in a junzione metal-superconductor à l'anodu. Tuttavia, l'elettrodu metallicu si cunnetta à u piombu pusitivu di u sistema di teste sta volta. I buchi pruduciutu da u laser sò imbuttati à u piombu anodu è cusì un Voc pusitivu hè osservatu. I risultati presentati quì furniscenu una forte evidenza chì esiste veramente un potenziale d'interfaccia chì punta da u superconduttore à l'elettrodu metallicu.
L'effettu photovoltaic in YBa2Cu3O6.96 ceramica à 300 K hè mostratu in Fig. 1e-g. Senza illuminazione luminosa, a curva IV di a mostra hè una linea dritta chì attraversa l'origine. Questa linea dritta si move in parallelu à l'uriginale cù l'intensità crescente di u laser irradiating à i catodi (Fig. 1e). Ci hè dui casi limitanti di interessu per un dispositivu fotovoltaicu. A cundizione di cortu-circuit si trova quandu V = 0. A currente in questu casu hè chjamata currente di cortu circuitu (Isc). U sicondu casu limitante hè a cundizione di circuitu apertu (Voc) chì si trova quandu R→∞ o u currente hè zero. A figura 1e mostra chjaramente chì Voc hè pusitivu è aumenta cù l'intensità di a luce crescente, in cuntrastu cù u risultatu ottenutu à 50 K; mentre chì un Isc negativu hè osservatu per aumentà in magnitudine cù l'illuminazione luminosa, un cumpurtamentu tipicu di e cellule solari normali.
In listessu modu, quandu u fasciu laser hè puntatu à e zoni luntanu da l'elettrodi, a curva V (I) hè indipendente da l'intensità di u laser è ùn ci hè micca un effettu fotovoltaicu apparsu (Fig. 1f). Simile à a misurazione à 50 K, i curve IV si movenu à a direzzione opposta cum'è l'elettrodu anodu hè irradiatu (Fig. 1g). Tutti questi risultati ottenuti per stu sistema di pasta YBCO-Ag à 300 K cù laser irradiati in diverse pusizioni di u campione sò cunsistenti cù un potenziale di interfaccia oppostu à quellu osservatu à 50 K.
A maiò parte di l'elettroni si condensanu in coppie Cooper in YBCO supercondutturi sottu a so temperatura di transizione Tc. Mentre in l'elettrodu di metallu, tutti l'elettroni fermanu in forma singulari. Ci hè un grande gradiente di densità per i dui elettroni singulari è coppie Cooper in vicinanza di l'interfaccia metal-superconductor. L'elettroni singulari di u trasportatore di a maiò parte di u materiale metallicu sparghjeranu in a regione superconductora, mentre chì i coppiu di Cooper-coppiu di u trasportatore di a maiò parte in a regione YBCO sparghjeranu in a regione di metalli. Cum'è coppie Cooper chì portanu più carichi è avè una mobilità più grande di l'elettroni singulari diffonde da YBCO in a regione metallica, l'atomi caricati positivamente sò lasciati, risultatu in un campu elettricu in a regione di carica spaziale. A direzzione di stu campu elettricu hè indicatu in u schema schematic Fig. 1d. L'illuminazione di fotoni incidente vicinu à a regione di carica spaziale pò creà eh coppie chì saranu siparati è spazzati producendu un photocurrent in a direzzione inversa. Appena l'elettroni esce da u campu elettricu integratu, sò cundensati in coppie è flussu à l'altru elettrodu senza resistenza. In questu casu, u Voc hè oppostu à a polarità predeterminata è mostra un valore negativu quandu u fasciu laser punta à l'area intornu à l'elettrodu negativu. Da u valore di Voc, u putenziale attraversu l'interfaccia pò esse stimatu: a distanza trà i dui fili di tensione d hè ~ 5 × 10−3 m, u gruixu di l'interfaccia metal-superconductor, di, deve esse u listessu ordine di grandezza. cum'è a lunghezza di coerenza di u superconduttore YBCO (~ 1 nm) 19,20, pigliate u valore di Voc = 0.03 mV, u potenziale Vms à l'interfaccia metallu-superconductor hè evaluatu à esse ~ 10-11 V à 50 K cù una intensità laser di 502 mW/cm2, utilizendu l'equazioni,
Vulemu enfatizà quì chì a tensione indotta da foto ùn pò esse spiegata da l'effettu termale di foto. Hè stata stabilita sperimentalmente chì u coefficient Seebeck di u superconductor YBCO hè Ss = 021. U coefficient Seebeck per i fili di rame di rame hè in a gamma di SCu = 0.34-1.15 μV / K3. A temperatura di u filu di ramu in u locu laser pò esse elevata da una piccula quantità di 0,06 K cù una intensità massima di laser dispunibule à 50 K. Questu puderia pruduce un putenziale termoelettricu di 6,9 × 10−8 V chì hè di trè ordini di magnitudine più chjuca cà. u Voc ottenutu in Fig 1 (a). Hè evidenti chì l'effettu termoelettricu hè troppu chjucu per spiegà i risultati sperimentali. In fattu, a variazione di a temperatura per via di l'irradiazione laser sparissi in menu di un minutu per chì a cuntribuzione da l'effettu termale pò esse ignurata in modu sicuru.
Questu effettu fotovoltaicu di YBCO à a temperatura di l'ambienti palesa chì un altru mecanismu di separazione di carica hè implicatu quì. Superconducting YBCO in u statu nurmale hè un materiale p-tipu cù buchi cum'è carrier di carica22,23, mentri Ag-paste metallicu hà caratteristiche di un materiale n-tipu. Simile à pn junctions, a diffusione di l'elettroni in a pasta d'argentu è i buchi in a ceramica YBCO formanu un campu elettricu internu chì punta à a ceramica YBCO à l'interfaccia (Fig. 1h). Hè stu campu internu chì furnisce a forza di separazione è porta à un Voc pusitivu è Isc negativu per u sistema di pasta YBCO-Ag à a temperatura di l'ambienti, cum'è mostra in Fig. 1e. In alternativa, Ag-YBCO puderia formà una junction Schottky p-type chì porta ancu à un potenziale d'interfaccia cù a listessa polarità cum'è in u mudellu presentatu sopra24.
Per investigà u prucessu di evoluzione detallatu di e proprietà fotovoltaiche durante a transizione superconduttiva di YBCO, i curve IV di a mostra à 80 K sò stati misurati cù intensità di laser selezziunate illuminate à l'elettrodu di cathode (Fig. 2). Senza l'irradiazione laser, u voltage à traversu a mostra mantene à cero inveci di u currente, chì indica u statu superconduttivu di a mostra à 80 K (Fig. 2a). Simile à i dati ottenuti à 50 K, e curve IV parallele à l'axis I si move in discendenza cù l'aumentu di l'intensità laser finu à un valore criticu Pc hè ghjuntu. Sopra à questa intensità laser critica (Pc), u superconductor passa una transizione da una fase superconducente à una fase resistiva; a tensione accumincia a cresce cù u currente per via di l'apparizione di resistenza in u superconductor. In u risultatu, a curva IV cumencia à intersecà cù l'assi I è l'assi V chì portanu à un Voc negativu è un Isc pusitivu in prima. Avà a mostra pare esse in un statu speciale in quale a polarità di Voc è Isc hè summamente sensittiva à l'intensità luminosa; cù assai piccula aumentu di l'intensità luminosa Isc hè cunvertitu da pusitivu à negativu è Voc da negativu à valore pusitivu, passendu l'origine (l'alta sensibilità di e proprietà fotovoltaiche, in particulare u valore di Isc, à l'illuminazione luminosa pò esse vistu più chjaramente in Fig. 2b). À a più alta intensità di laser dispunibule, e curve IV intendenu esse parallele cù l'altri, chì significheghjanu u statu normale di a mostra YBCO.
U centru spot laser hè posizionatu intornu à l'elettrodi cathode (vede Fig. 1i). a, IV curve di YBCO irradiate cù diverse intensità di laser. b (cima), dipendenza intensità Laser di voltage circuit apertu Voc è currenti di cortu circuit Isc. I valori Isc ùn ponu micca esse ottenuti à una intensità luminosa bassa (< 110 mW / cm2) perchè e curve IV sò parallele à l'assi I quandu a mostra hè in u statu superconduttivu. b (in fondu), resistenza differenziale in funzione di l'intensità di u laser.
A dependenza di l'intensità di u laser di Voc è Isc à 80 K hè mostrata in Fig. 2b (top). E proprietà fotovoltaiche ponu esse discusse in trè regioni di intensità luminosa. A prima regione hè trà 0 è Pc, in quale YBCO hè superconduttivu, Voc hè negativu è diminuisce (aumenta u valore assolutu) cù intensità di luce è righjunghjendu un minimu à Pc. A seconda regione hè da Pc à un'altra intensità critica P0, in quale Voc aumenta mentre Isc diminuisce cù l'intensità luminosa crescente è i dui ghjunghjenu à zero à P0. A terza regione hè sopra P0 finu à u statu normale di YBCO hè ghjuntu. Bien que Voc et Isc varient avec l'intensité de la lumière de la même manière que dans la région 2, ils ont une polarité opposée au-dessus de l'intensité critique P0. U significatu di P0 si trova in chì ùn ci hè micca un effettu fotovoltaicu è u mecanismu di separazione di carica cambia qualitativamente à questu puntu particulare. U campionu YBCO diventa micca superconduttivu in questa gamma di intensità luminosa, ma u statu normale ùn hè ancu ghjuntu.
Claramente, e caratteristiche fotovoltaiche di u sistema sò strettamente ligati à a superconductività di YBCO è a so transizione superconduttiva. A resistenza differenziale, dV / dI, di YBCO hè mostrata in Fig. 2b (in fondu) in funzione di l'intensità di u laser. As mintuatu nanzu, u putenziale build-in ilettricu in l 'interfaccia duvuta à Cooper coppiu diffusion punti da u superconductor à metallu. Simile à quellu osservatu à 50 K, l'effettu fotovoltaicu hè rinfurzatu cù l'aumentu di l'intensità laser da 0 à Pc. Quandu l'intensità di u laser righjunghji un valore ligeramente sopra à Pc, a curva IV cumencia à tilt è a resistenza di a mostra principia à apparisce, ma a polarità di u putenziale di l'interfaccia ùn hè micca cambiata. L'effettu di l'excitazione ottica nantu à a superconductività hè statu investigatu in a regione visibile o vicinu à l'IR. Mentre chì u prucessu di basa hè di scumpressà e coppie Cooper è distrughje a superconductività25,26, in certi casi a transizione di superconductività pò esse rinfurzata27,28,29, e novi fasi di superconductività ponu ancu esse induce30. L'assenza di superconductività in Pc pò esse attribuita à a rottura di coppia indotta da foto. À u puntu P0, u putenziale attraversu l'interfaccia diventa cero, chì indica chì a densità di carica in i dui lati di l'interfaccia righjunghji u listessu livellu sottu questa intensità particulare di illuminazione luminosa. L'aumentu di l'intensità di u laser si traduce in più coppie Cooper chì sò distrutte è YBCO hè gradualmente trasfurmatu in un materiale p-type. Invece di diffusione di u coppiu di l'elettroni è Cooper, a funzione di l'interfaccia hè avà determinata da a diffusione di l'elettroni è di u pirtusu chì porta à una inversione di polarità di u campu elettricu in l'interfaccia è di cunseguenza un Voc pusitivu (paragunate Fig.1d, h). À una intensità laser assai alta, a resistenza differenziale di YBCO satura à un valore chì currisponde à u statu normale è Voc è Isc tendenu à varià linearmente cù l'intensità laser (Fig. 2b). Sta osservazione palesa chì l'irradiazione laser nantu à u statu normale YBCO ùn cambia più a so resistività è a funzione di l'interfaccia superconductor-metallu, ma solu aumentà a cuncintrazione di i coppie elettroni-buchi.
Per investigà l'effettu di a temperatura nantu à e proprietà fotovoltaiche, u sistema di superconductor di metallu hè stata irradiata à u catodu cù un laser blu di intensità 502 mW/cm2. I curve IV ottenuti à a temperatura selezziunata trà 50 è 300 K sò datu in Fig. 3a. A tensione di circuitu apertu Voc, u currente di cortu circuitu Isc è a resistenza differenziale pò esse ottenuta da queste curve IV è sò mostrate in Fig. 3b. Senza illuminazione di luce, tutte e curve IV misurate à e diverse temperature passanu l'urigine cum'è aspittatu (inset of Fig. 3a). E caratteristiche IV cambianu drasticamente cù a temperatura crescente quandu u sistema hè illuminatu da un fasciu laser relativamente forte (502 mW/cm2). À basse temperature, e curve IV sò linee rette parallele à l'assi I cù valori negativi di Voc. Sta curve si move versu l'altura cù a temperatura crescente è si trasforma gradualmente in una linea cù una pendenza non zero à una temperatura critica Tcp (Fig. 3a (top)). Sembra chì tutte e curve caratteristiche IV giranu intornu à un puntu in u terzu quadrant. Voc aumenta da un valore negativu à un pusitivu mentre Isc diminuisce da un valore pusitivu à un valore negativu. Sopra à a temperatura di transizione superconductiva originale Tc di YBCO, a curva IV cambia assai diversamente cù a temperatura (fondu di Fig. 3a). Prima, u centru di rotazione di e curve IV si move à u primu quadrant. Siconda, Voc mantene a diminuzione è Isc cresce cù a temperatura crescente (cima di Fig. 3b). In terzu, a pendenza di e curve IV cresce linearmente cù a temperatura chì risultatu in un coefficient di resistenza di temperatura positiva per YBCO (fondu di Fig. 3b).
Dipendenza di a temperatura di e caratteristiche fotovoltaiche per u sistema di pasta YBCO-Ag sottu illuminazione laser 502 mW/cm2.
U centru spot laser hè posizionatu intornu à l'elettrodi cathode (vede Fig. 1i). a, IV curve ottenute da 50 à 90 K (in cima) è da 100 à 300 K (in fondu) cù un incrementu di temperatura di 5 K è 20 K, rispettivamente. Inset a mostra caratteristiche IV à parechje temperature in u bughju. Tutte e curve attraversanu u puntu d'origine. b, voltage circuit apertu Voc è cortu circuit current Isc (cima) è a resistenza differenziale, dV / dI, di YBCO (bottom) in funzione di a temperatura. A temperatura di transizione superconductiva di resistenza zero Tcp ùn hè micca datu perchè hè troppu vicinu à Tc0.
Trè temperature critichi ponu esse ricunnisciuti da a figura 3b: Tcp, sopra à quale YBCO diventa non-superconducting; Tc0, à quale Voc è Isc diventanu cero è Tc, a temperatura di transizione superconductiva iniziale di YBCO senza irradiazione laser. Sottu Tcp ~ 55 K, l'YBCO irradiatu laser hè in un statu superconduttivu cù una concentrazione relativamente alta di coppie Cooper. L'effettu di l'irradiazione laser hè di riduce a temperatura di transizione superconductiva di resistenza zero da 89 K à ~ 55 K (fondu di Fig. 3b) riducendu a cuncentrazione di coppiu Cooper in più di pruducia tensione fotovoltaica è currente. L'aumentu di a temperatura rompe ancu i coppie Cooper chì portanu à un putenziale più bassu in l'interfaccia. In cunseguenza, u valore assolutu di Voc diventerà più chjucu, anche se a stessa intensità di l'illuminazione laser hè applicata. U potenziale di l'interfaccia diventerà più chjucu è più chjucu cù più aumentu di a temperatura è righjunghji cero à Tc0. Ùn ci hè micca un effettu fotovoltaicu in questu puntu spiciale perchè ùn ci hè micca un campu internu per separà e coppie di l'elettroni-buchi indotti da foto. Una inversione di polarità di u putenziale si trova sopra à questa temperatura critica cum'è a densità di carica libera in a pasta Ag hè più grande di quella in YBCO chì hè gradualmente trasferitu à un materiale p-tipu. Quì vulemu enfatizà chì l'inversione di polarità di Voc è Isc si trova immediatamente dopu à a transizione superconducente di resistenza zero, indipendentemente da a causa di a transizione. Questa osservazione palesa chjaramente, per a prima volta, a correlazione trà a superconduttività è l'effetti fotovoltaici assuciati cù u putenziale di l'interfaccia metal-superconductor. A natura di stu putenziale attraversu l'interfaccia di metalli superconductor-normale hè stata un focusu di ricerca per l'ultimi decennii, ma ci sò parechje dumande chì aspettanu sempre di risponde. A misurazione di l'effettu fotovoltaicu pò esse un metudu efficau per esplorà i dettagli (cum'è a so forza è a polarità, ecc.) di stu putenziale impurtante è dunque mette in luce l'effettu di prossimità superconduttivu à alta temperatura.
L'aumentu di a temperatura da Tc0 à Tc porta à una cuncintrazione più chjuca di coppie Cooper è un rinfurzà in u potenziale di l'interfaccia è, in cunseguenza, Voc più grande. À Tc, a cuncentrazione di coppia Cooper diventa zero è u potenziale di custruzzione à l'interfaccia righjunghji u massimu, risultatu in u massimu Voc è u minimu Isc. L'aumentu rapidu di Voc è Isc (valore assolutu) in questu intervallu di temperatura currisponde à a transizione superconducting chì hè allargata da ΔT ~ 3 K à ~ 34 K da l'irradiazione laser di intensità 502 mW / cm2 (Fig. 3b). In i stati nurmali sopra à Tc, a tensione di u circuitu apertu Voc diminuisce cù a temperatura (cima di Fig. 3b), simili à u cumpurtamentu lineale di Voc per e cellule solari normali basate in pn junctions31,32,33. Ancu se u ritmu di cambiamentu di Voc cù a temperatura (-dVoc/dT), chì dipende assai di l'intensità di u laser, hè assai più chjuca di quella di e cellule solari normali, u coefficient di temperatura di Voc per a junction YBCO-Ag hà u listessu ordine di grandezza cum'è quellu. di e cellule solari. U currente di fuga di una junction pn per un dispositivu di cellula solare normale aumenta cù a temperatura crescente, purtendu à una diminuzione di Voc cum'è a temperatura aumenta. E curve lineari IV osservate per stu sistema Ag-superconductor, per prima à u putenziale di l'interfaccia assai chjuca è in segundu à a cunnessione back-to-back di e duie heterojunctions, rende difficiule di determinà a corrente di fuga. Tuttavia, pare assai prubabile chì a stessa dependenza di a temperatura di u currente di fuga hè rispunsevule per u cumpurtamentu Voc osservatu in u nostru esperimentu. Sicondu a definizione, Isc hè u currente necessariu per pruduce una tensione negativa per cumpensà Voc in modu chì a tensione tutale hè zero. Cum'è a temperatura aumenta, Voc diventa più chjucu cusì chì menu corrente hè necessariu per pruduce a tensione negativa. Inoltre, a resistenza di YBCO aumenta linearmente cù a temperatura sopra à Tc (fondu di Fig. 3b), chì cuntribuisce ancu à u valore assolutu più chjucu di Isc à e temperature elevate.
Nota chì i risultati dati in Figs 2,3 sò ottenuti da l'irradiazione laser à l'area intornu à l'elettrodi di cathode. E misurazioni sò state ancu ripetute cù spot laser posizionatu à l'anodu è caratteristiche simili IV è proprietà fotovoltaiche sò state osservate, salvu chì a polarità di Voc è Isc hè stata invertita in questu casu. Tutti questi dati portanu à un mecanismu per l'effettu fotovoltaicu, chì hè strettamente ligatu à l'interfaccia superconductor-metallu.
In riassuntu, e caratteristiche IV di u sistema di pasta YBCO-Ag superconducting irradiatu laser sò stati misurati cum'è funzioni di temperatura è intensità laser. L'effettu fotovoltaicu notevuli hè statu osservatu in a temperatura di 50 à 300 K. Hè truvatu chì e proprietà fotovoltaiche correlate forte à a superconductività di a ceramica YBCO. Una inversione di polarità di Voc è Isc si trova immediatamente dopu a transizione da superconduzzione foto-indutta à non superconduttiva. A dependenza di a temperatura di Voc è Isc misurata à intensità laser fissa mostra ancu una inversione di polarità distinta à una temperatura critica sopra à quale u campione diventa resistivo. Localizzandu u spot laser in una parte differente di l'esempiu, dimustremu chì esiste un potenziale elettricu attraversu l'interfaccia, chì furnisce a forza di separazione per i coppie elettroni-buchi foto-induce. Stu potenziale di l'interfaccia dirige da YBCO à l'elettrodu di metallu quandu YBCO hè superconduttivu è cambia in a direzzione opposta quandu a mostra diventa micca superconduttiva. L'origine di u putenziale pò esse naturali assuciatu cù l'effettu di prossimità à l'interfaccia di metallu-superconductor quandu YBCO hè superconduttivu è hè stimatu à ~ 10-8 mV à 50 K cù una intensità laser di 502 mW / cm2. Cuntattu di un materiale p-type YBCO à u statu nurmale cù un materiale n-tipu Ag-paste forma una junction quasi-pn chì hè rispunsevule per u cumpurtamentu fotovoltaicu di a ceramica YBCO à alte temperature. L'osservazioni sopra mette in luce l'effettu PV in a ceramica YBCO superconductiva à alta temperatura è apre a strada à novi applicazioni in i dispositi optoelettronici cum'è un detector di luce passiva veloce è un detector di fotoni unicu.
L'esperimenti di l'effettu fotovoltaicu sò stati realizati nantu à un campione di ceramica YBCO di 0,52 mm di spessore è 8,64 × 2,26 mm2 di forma rettangulare è illuminatu da un laser blu à onda continua (λ = 450 nm) cù una dimensione di spot laser di 1,25 mm di raghju. L'usu di una mostra di film magre invece di film sottile ci permette di studià e proprietà fotovoltaiche di u superconductor senza avè da trattà cù l'influenza cumplessa di u sustrato6,7. Inoltre, u materiale in massa puderia esse favurèvule per a so prucedura simplice di preparazione è un costu relativamente bassu. I fili di piombu di rame sò cohered nantu à a mostra YBCO cù pasta d'argentu chì formanu quattru elettrodi circulari di circa 1 mm di diametru. A distanza trà i dui elettrodi di tensione hè di circa 5 mm. E caratteristiche IV di a mostra sò state misurate cù u magnetometru di mostra di vibrazione (VersaLab, Quantum Design) cù una finestra di cristallo di quartz. U metudu standard di quattru fili hè statu impiegatu per ottene e curve IV. I pusizioni relative di l'elettrodi è u spot laser sò indicati in Fig. 1i.
Cumu cita stu articulu: Yang, F. et al. Origine di l'effettu fotovoltaicu in a ceramica superconduttiva YBa2Cu3O6.96. Sci. Rep 5, 11504 ; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
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FY hà scrittu u testu di a carta è MYH hà preparatu a mostra di ceramica YBCO. FY è MYH anu realizatu l'esperimentu è analizatu i risultati. FGC hà guidatu u prugettu è l'interpretazione scientifica di e dati. Tutti l'autori anu rivisu u manuscrittu.
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Yang, F., Han, M. & Chang, F. Origine di l'effettu photovoltaic in superconducting YBa2Cu3O6.96 ceramics. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
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Tempu di Postu: Apr-22-2020