Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar nature.com. Tá tú ag baint úsáide as leagan brabhsálaí a bhfuil tacaíocht teoranta aige do CSS. Chun an t-eispéireas is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí níos úire a úsáid (nó mód comhoiriúnachta a mhúchadh in Internet Explorer). Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, táimid ag taispeáint an tsuímh gan stíleanna agus JavaScript.
Tuairiscímid go bhfuil éifeacht iontach fótavoltach i gceirmeacht YBa2Cu3O6.96 (YBCO) idir 50 agus 300 K spreagtha ag soilsiú gorm-léasair, a bhaineann go díreach le sársheoltacht YBCO agus comhéadan leictreoid-mhiotalacha YBCO. Tá aisiompú polaraíochta ann don voltas ciorcad oscailte Voc agus sruth gearrchiorcad Isc nuair a théann YBCO faoi aistriú ó shársheoltóireacht go staid fhrithsheasmhach. Léirímid go bhfuil poitéinseal leictreach ar fud an chomhéadain superconductor-gnáth-mhiotail, a sholáthraíonn an fórsa deighilte do na péirí leictreon-phoill a tharchuirtear le fótagraif. Treoraíonn an poitéinseal comhéadain seo ó YBCO chuig an leictreoid miotail nuair a bhíonn YBCO sársheoltach agus aistríonn sé go dtí an treo eile nuair a éiríonn YBCO neamhfhorsheoltach. D’fhéadfadh bunús an phoitéinsil a bheith bainteach go héasca leis an éifeacht chóngarachta ag an gcomhéadan miotail-fhorsheoltóra nuair a bhíonn YBCO ag forsheoltach agus meastar gurb é a luach ná ~10–8 mV ag 50 K le déine léasair 502 mW/cm2. Teaglaim ábhar p-cineál YBCO ag gnáth-stáit le hábhar n-cineál Déanann Ag-greamaigh acomhal quasi-pn atá freagrach as iompar fótavoltach criadóireacht YBCO ag teochtaí arda. D’fhéadfadh ár dtorthaí an bealach a réiteach d’fheidhmchláir nua de ghléasanna fótóin-leictreonacha agus tuilleadh solais a chaitheamh ar an éifeacht gaireachta ag an gcomhéadan sársheoltóra-miotail.
Tuairiscíodh voltas grianghraf-spreagtha i bhforsheoltóirí ardteochta go luath sna 1990idí agus rinneadh imscrúdú forleathan air ó shin i leith, ach tá a nádúr agus a mheicníocht fós neamhsocraithe1,2,3,4,5. Déantar staidéar dian ar scannáin tanaí YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8, go háirithe, i bhfoirm cille fótavoltach (PV) mar gheall ar a bhearna fuinnimh inchoigeartaithe9,10,11,12,13. Mar sin féin, bíonn éifeachtacht chomhshó íseal an fheiste mar thoradh ar fhriotaíocht ard an tsubstráit i gcónaí agus folaíonn sé príomh-airíonna PV YBCO8. Anseo tuairiscímid éifeacht fhótavoltach iontach a tharlódh de bharr soilsiú gorm-léasair (λ = 450 nm) i gceirmeacht YBa2Cu3O6.96 (YBCO) idir 50 agus 300 K (Tc ~ 90 K). Léiríonn muid go bhfuil baint dhíreach ag an éifeacht PV le superconductivity YBCO agus nádúr comhéadan leictreoid YBCO-mhiotalacha. Tá aisiompú polaraíocht ann don voltas ciorcad oscailte Voc agus sruth gearrchiorcad Isc nuair a théann YBCO faoi aistriú ó chéim shársheoltach go staid fhrithsheasmhach. Tá sé beartaithe go bhfuil poitéinseal leictreach ann trasna an chomhéadain supersheoltóra-gnáth-mhiotail, a sholáthraíonn an fórsa deighilte do na péirí leictreon-phoill a tharchuirtear le fótagraif. Treoraíonn poitéinseal an chomhéadain seo ó YBCO chuig an leictreoid mhiotail nuair a bhíonn YBCO ag sársheoladh agus aistríonn sé go dtí an treo eile nuair a éiríonn an sampla neamhfhorsheoltach. D’fhéadfadh go mbeadh baint nádúrtha ag bunús an phoitéinsil leis an éifeacht chóngarachta14,15,16,17 ag an gcomhéadan sársheoltóra miotail nuair a bhíonn YBCO sársheoltach agus meastar gurb é a luach ná ~10−8 mV ag 50 K le déine léasair 502 mW. /cm2. Teaglaim ábhar p-cineál YBCO ag gnáth-stáit le hábhar n-cineál Foirmeacha Ag-greamaigh, is dócha, acomhal quasi-pn atá freagrach as iompar PV criadóireacht YBCO ag teocht ard. Cuireann ár gcuid tuairimí níos mó solais ar thionscnamh na héifeachta PV i gcriadóireacht YBCO superconducting ardteochta agus réitigh sé an bealach chun é a chur i bhfeidhm i bhfeistí optoelectronic mar brathadóir solais éighníomhach tapa etc.
Léiríonn Fíor 1a–c go bhfuil tréithe IV sampla criadóireachta YBCO ag 50 K. Gan soilsiú solais, fanann an voltas trasna an tsampla ag náid le sruth athraitheach, mar is féidir a bheith ag súil ó ábhar sársheoltach. Is cosúil go bhfuil éifeacht fhótavoltach soiléir nuair a bhíonn léas léasair dírithe ar chatóid (Fíor 1a): bogann na cuair IV comhthreomhar leis an ais I síos le déine léasair méadaithe. Is léir go bhfuil voltas diúltach fóta-spreagtha fiú gan aon sruth (ar a dtugtar Voc voltas ciorcad oscailte go minic). Léiríonn fána nialasach an chuar IV go bhfuil an sampla fós sársheoltach faoi soilsiú léasair.
(a–c) agus 300 K (e–g). Fuarthas luachanna V(I) tríd an sruth a scuabadh ó −10 mA go +10 mA i bhfolús. Ní thíolactar ach cuid de na sonraí turgnamhacha ar mhaithe le soiléireacht. a, Saintréithe sruth-voltais YBCO tomhaiste le spot léasair suite ag an gcatóid (i). Is línte díreacha cothrománacha iad na cuair IV go léir a thugann le fios go bhfuil an sampla fós sársheoltach le hionradaíocht léasair. Gluaiseann an cuar síos le déine léasair mhéadaitheach, rud a thugann le fios go bhfuil acmhainneacht dhiúltach (Voc) idir an dá stiúir voltais fiú le sruth nialasach. Fanann na cuair IV gan athrú nuair a dhírítear an léasair ar lár an tsampla ag éitear 50 K (b) nó 300 K (f). Gluaiseann an líne chothrománach suas de réir mar a bhíonn an anóid soilsithe (c). Taispeántar samhail scéimreach d’acomhal sársheoltóra miotail ag 50 K in d. Tugtar saintréithe sruthvoltais de ghnáthstaid YBCO ag 300 K arna thomhas le léas léasair pointeáilte ag catóide agus anóid in e agus g faoi seach. I gcodarsnacht leis na torthaí ag 50 K, léiríonn fána neamh-nialas na línte díreacha go bhfuil YBCO i stát gnáth; athraíonn luachanna Voc de réir déine solais i dtreo eile, rud a léiríonn meicníocht deighilte luchta difriúil. Léirítear struchtúr comhéadain fhéideartha ag 300 K in hj Fíorphictiúr an tsampla le luaidhe.
Is féidir le YBCO-saibhir ocsaigine i staid fhorsheoltach beagnach speictream iomlán de sholas na gréine a ionsú mar gheall ar a bhearna fuinnimh an-bheag (Eg)9,10, rud a chruthaíonn péirí leictreon-phoill (e–h). Chun Voc voltais ciorcaid oscailte a tháirgeadh trí fhótóin a ionsú, is gá péirí eo grianghraf-ghinte a scaradh go spásúil sula dtarlaíonn athchur18. Tugann an Voc diúltach, i gcoibhneas leis an gcatóid agus leis an anóid mar a léirítear i bhFíor 1i, le fios go bhfuil poitéinseal leictreach ann trasna an chomhéadain miotail-sársheoltóra, a scuabann na leictreoin go dtí an anóid agus poill chuig an gcatóid. Más é seo an cás, ba cheart go mbeadh pointe féideartha ó shársheoltóir go dtí an leictreoid miotail ag anóid. Dá bhrí sin, gheofar Voc dearfach dá mbeadh an t-achar samplach in aice leis an anóid soilsithe. Ina theannta sin, níor cheart go mbeadh aon voltais fóta-spreagtha ann nuair a bhíonn an láthair léasair á dhíriú ar achair i bhfad ó na leictreoidí. Is cinnte gurb amhlaidh an cás mar atá le feiceáil i bhFíor 1b,c!.
Nuair a ghluaiseann an láthair solais ón leictreoid catóide go lár an tsampla (thart ar 1.25 mm seachas na comhéadain), ní féidir aon athrú ar chuair IV agus gan aon Voc a fheiceáil le déine léasair méadaithe go dtí an t-uasluach atá ar fáil (Fíor 1b). . Ar ndóigh, is féidir an toradh seo a chur i leith shaolré teoranta na n-iompróirí grianghraf-spreagtha agus an easpa fórsa deighilte sa sampla. Is féidir péirí leictreonpholl a chruthú aon uair a bhíonn an sampla soilsithe, ach díothófar an chuid is mó de na péirí e–h agus ní bhreathnaítear ar aon éifeacht fótavoltach má thiteann an spot léasair ar limistéir i bhfad ar shiúl ó aon cheann de na leictreoidí. Ag bogadh an láthair léasair go dtí na leictreoidí anóid, bogann na cuair IV comhthreomhar leis an ais I suas le déine léasair méadaithe (Fíor 1c). Tá réimse leictreach ionsuite comhchosúil ann san acomhal sársheoltóra miotail ag an anóid. Mar sin féin, nascann an leictreoid mhiotalacha le luaidhe dearfach an chórais tástála an uair seo. Déantar na poill a tháirgtear ag an léasair a bhrú go dtí an luaidhe anóid agus mar sin breathnaítear Voc dearfach. Tugann na torthaí a chuirtear i láthair anseo fianaise láidir go bhfuil poitéinseal comhéadain ann go deimhin a dhíríonn ón sársheoltóir go dtí an leictreoid mhiotail.
Léirítear éifeacht fhótavoltach i gceirmeacht YBa2Cu3O6.96 ag 300 K in Fíor 1e–g. Gan soilsiú éadrom, is líne dhíreach é cuar IV an tsampla a thrasnaíonn an tionscnamh. Gluaiseann an líne dhíreach seo in airde comhthreomhar leis an gceann bunaidh agus déine léasair mhéadaithe ag ionradaíocht ar na treoraí catóide (Fíor 1e). Tá dhá chás teorannacha spéise ann do fheiste fótavoltach. Tarlaíonn an riocht gearrchiorcad nuair a bhíonn V = 0. Tugtar an sruth gearrchiorcad (ISc) ar an sruth sa chás seo. Is é an dara cás teorannaithe an coinníoll ciorcad oscailte (Voc) a tharlaíonn nuair a bhíonn R→∞ nó an sruth nialasach. Léiríonn Fíor 1e go soiléir go bhfuil Voc dearfach agus méaduithe le déine solais méadaithe, i gcodarsnacht leis an toradh a fhaightear ag 50 K; agus breathnaítear ar Isc diúltach ag méadú i méid le soilsiú solais, iompar tipiciúil de ghnáthchealla gréine.
Mar an gcéanna, nuair a bhíonn an léas léasair dírithe ar achair i bhfad ar shiúl ó na leictreoidí, tá an cuar V(I) neamhspleách ar dhéine an léasair agus níl aon éifeacht fótavoltach le feiceáil (Fíor 1f). Cosúil leis an tomhas ag 50 K, bogann na cuair IV go dtí an treo eile de réir mar a bhíonn an leictreoid anóid ionradaithe (Fíor 1g). Tá na torthaí seo go léir a fhaightear don chóras greamaigh YBCO-Ag seo ag 300 K le léasair ionradaithe ag suíomhanna éagsúla den sampla comhsheasmhach le poitéinseal comhéadain atá os coinne an acmhainneacht a breathnaíodh ag 50 K.
Comhdhlúthaíonn an chuid is mó de na leictreoin i bpéirí Cooper in YBCO forsheoltach faoi bhun a theocht trasdula Tc. Agus iad san leictreoid mhiotail, fanann na leictreoin go léir i bhfoirm uatha. Tá grádán mór dlúis ann don dá leictreoin uatha agus do phéirí Cooper i gcóngaracht an chomhéadain miotail-sársheoltóra. Idirleathadh leictreoin uatha tromlach-iompróra in ábhar miotalach isteach sa réigiún forsheoltóra, ach idirleatafidh na péirí Cooper-iompróir tromlaigh i réigiún YBCO isteach sa réigiún miotail. De réir mar a bhíonn níos mó luchtanna á n-iompar ag péirí Cooper agus a bhfuil a soghluaisteacht níos mó ná leictreoin uatha idirleata ó YBCO isteach sa réigiún miotalach, fágtar adaimh luchtaithe go dearfach taobh thiar de, rud a fhágann go bhfuil réimse leictreach sa réigiún luchta spáis. Taispeántar treo an réimse leictrigh seo sa léaráid scéimreach Fíor 1d. Is féidir le soilsiú fótóin teagmhais in aice leis an réigiún spásmhuirir péirí a chruthú a scarfar amach agus a scuabfar amach agus fótashruth a tháirgeadh sa treo droim ar ais. Chomh luath agus a éiríonn na leictreoin amach as an réimse leictreach insuite, déantar iad a chomhdhlúthú ina mbeirteanna agus sreabhadh go dtí an leictreoid eile gan friotaíocht. Sa chás seo, tá an Voc os coinne an polaraíocht réamhshocraithe agus taispeánann sé luach diúltach nuair a dhíríonn an bhíoma léasair ar an limistéar timpeall an leictreoid dhiúltach. Ó luach Voc, is féidir an poitéinseal trasna an chomhéadain a mheas: is é ~5 × 10−3 m an fad idir an dá luaidhe voltas d, ba cheart go mbeadh tiús an chomhéadain miotail-superconductor, di, san ord céanna méide. mar fhad comhleanúnachais forsheoltóra YBCO (~ 1 nm) 19,20, glac luach Voc = 0.03 mV, is é an Vms poitéinsil ag an gcomhéadan miotail-sársheoltóra measta a bheith ~10−11 V ag 50 K le déine léasair 502 mW/cm2, ag baint úsáide as cothromóid,
Ba mhaith linn a aibhsiú anseo nach féidir an voltas grianghraf-spreagtha a mhíniú le héifeacht teirmeach grianghraf. Tá sé cruthaithe go turgnamhach gurb é Ss = 021 comhéifeacht Seebeck an fhorsheoltóra YBCO. Tá comhéifeacht Seebeck do shreanga luaidhe copair sa raon SCu = 0.34–1.15 μV/K3. Is féidir teocht na sreinge copair ag an láthair léasair a ardú suas le méid beag de 0.06 K le déine léasair uasta ar fáil ag 50 K. D'fhéadfadh sé seo acmhainneacht teirmeleictreach de 6.9 × 10−8 V a tháirgeadh atá trí ordú méid níos lú ná an Voc a fhaightear i bhFíor 1 (a). Is léir go bhfuil éifeacht thermoelectric ró-bheag chun na torthaí turgnamhacha a mhíniú. Go deimhin, bheadh an t-athrú teochta mar gheall ar ionradaíocht léasair imithe i níos lú ná nóiméad amháin ionas gur féidir neamhaird a dhéanamh go sábháilte ar an ranníocaíocht ó éifeacht teirmeach.
Nochtann an éifeacht fhótavoltach seo de YBCO ag teocht an tseomra go bhfuil baint ag meicníocht scaradh muirir éagsúla anseo. Is ábhar cineál p é superconducting YBCO i stát gnáth le poill mar iompróir muirir22,23, agus tá tréithe ábhar n-cineál ag Ag-greamaigh mhiotalacha. Cosúil le hacomhail pn, cruthóidh idirleathadh na leictreon sa ghreamú airgid agus na bpoll i gceirmeacht YBCO réimse leictreach inmheánach a dhíreoidh chuig ceirmeach YBCO ag an gcomhéadan (Fíor 1h). Is é an réimse inmheánach seo a sholáthraíonn an fórsa deighilte agus mar thoradh ar Voc dearfach agus ISC diúltach don chóras greamaigh YBCO-Ag ag teocht an tseomra, mar a thaispeántar i bhFíor 1e. Mar mhalairt air sin, d’fhéadfadh Ag-YBCO acomhal p-chineál Schottky a chruthú as a leanann poitéinseal comhéadain leis an bpolasacht chéanna agus atá sa tsamhail a chuirtear i láthair thuas24.
Chun imscrúdú a dhéanamh ar phróiseas mionsonraithe éabhlóid na n-airíonna fótavoltach le linn trasdul superconducting YBCO, tomhaiseadh cuair IV den sampla ag 80 K le déine léasair roghnaithe ag soilsiú ag leictreoid chatóide (Fíor 2). Gan ionradaíocht léasair, coinníonn an voltas trasna an tsampla ag náid beag beann ar an sruth, rud a léiríonn staid fhorsheoltach an tsampla ag 80 K (Fíor 2a). Cosúil leis na sonraí a fhaightear ag 50 K, bogann cuair IV comhthreomhar leis an ais I síos le déine léasair méadaithe go dtí go sroichtear luach criticiúil PC. Os cionn na déine léasair ríthábhachtach seo (Pc), aistrítear an sársheoltóir ó chéim fhorsheoltach go céim fhriotaíoch; tosaíonn an voltas a mhéadú leis an sruth mar gheall ar an chuma ar fhriotaíocht sa superconductor. Mar thoradh air sin, tosaíonn an cuar IV ag trasnú leis an ais I agus V-ais as a dtiocfaidh Voc diúltach agus Isc dearfach ar dtús. Anois is cosúil go bhfuil an sampla i staid speisialta ina bhfuil polaraíocht Voc agus Isc thar a bheith íogair do dhéine solais; le méadú an-bheag ar dhéine solais déantar Isc a thiontú ó dhearfach go diúltach agus Voc ó luach diúltach go dearfach, ag dul thar an mbunús (is féidir íogaireacht ard na n-airíonna fótavoltach, go háirithe luach Isc, go soilsiú solais a fheiceáil níos soiléire i bhFíor. 2b). Ag an déine léasair is airde atá ar fáil, tá sé beartaithe ag na cuair IV a bheith comhthreomhar lena chéile, rud a léiríonn gnáth-staid sampla YBCO.
Tá lárionad an spota léasair suite timpeall na leictreoidí catóide (féach Fíor 1i). a, cuair IV de YBCO ionradaithe le déine léasair éagsúla. b (barr), spleáchas déine Laser ar Voc voltas ciorcad oscailte agus ciorcad gearr reatha Isc. Ní féidir na luachanna Isc a fháil ag déine solais íseal ( < 110 mW/cm2) toisc go bhfuil na cuair IV comhthreomhar leis an ais I nuair a bhíonn an sampla i staid fhorsheoltach. b (bun), friotaíocht difreálach mar fheidhm de dhianú léasair.
Léirítear spleáchas déine léasair Voc agus Isc ag 80 K i bhFíor 2b (barr). Is féidir na hairíonna fótavoltach a phlé i dtrí réigiún déine solais. Is é an chéad réigiún idir 0 agus Pc, ina bhfuil YBCO superconducting, Voc diúltach agus laghduithe (méaduithe luach iomlán) le déine solais agus a bhaint amach ar a laghad ag Pc. Tá an dara réigiún ó Pc go dtí déine criticiúil eile P0, ina méadaíonn an Voc agus laghdaítear Isc le déine solais mhéadaitheach agus sroicheann an dá cheann náid ag P0. Tá an tríú réigiún os cionn P0 go dtí go mbaintear gnáth-staid YBCO amach. Cé go n-athraíonn Voc agus Isc araon de réir déine an tsolais ar an mbealach céanna agus atá i réigiún 2, tá polaraíocht urchomhaireach acu os cionn na déine criticiúla P0. Is é an tábhacht a bhaineann le P0 ná nach bhfuil aon éifeacht fhótavoltach ann agus go n-athraíonn an mheicníocht deighilte muirir go cáilíochtúil ag an bpointe áirithe seo. Éiríonn sampla YBCO neamh-fhosheoltach sa raon déine solais seo ach níl an gnáthstaid sroichte fós.
Is léir go bhfuil dlúthbhaint ag tréithe fótavoltach an chórais le superconductivity YBCO agus a trasdul superconducting. Léirítear an fhriotaíocht dhifreálach, dV/dI, de YBCO i bhFíor 2b (bun) mar fheidhm de dhéine léasair. Mar a luadh cheana, tá an poitéinseal leictreach a thógáil isteach sa chomhéadan mar gheall ar Cooper pointí idirleathadh ón superconductor go miotail. Cosúil leis an méid a breathnaíodh ag 50 K, feabhsaítear éifeacht fótavoltach le déine léasair méadaithe ó 0 go Pc. Nuair a shroicheann an déine léasair luach beagán os cionn Pc, tosaíonn an cuar IV ag tilt agus tosaíonn friotaíocht an tsampla le feiceáil, ach níl polaraíocht an fhéidearthachta comhéadan athraithe fós. Tá imscrúdú déanta ar éifeacht excitation optúla ar an superconductivity sa réigiún infheicthe nó gar-IR. Cé gurb é an bunphróiseas ná na péirí Cooper a bhriseadh suas agus an sársheoltacht a scriosadh25,26, i gcásanna áirithe is féidir trasseoltacht a fheabhsú27,28,29, is féidir céimeanna nua sársheoltacht a tharlú fiú30. Is féidir easpa sársheoltacht ag PC a chur i leith an bhriseadh péire grianghraf-spreagtha. Ag an bpointe P0, éiríonn an poitéinseal trasna an chomhéadain náid, rud a léiríonn go sroicheann an dlús muirir sa dá thaobh den chomhéadan an leibhéal céanna faoin déine soilsithe solais áirithe seo. Mar thoradh ar mhéadú breise ar dhéine léasair scriostar níos mó péirí Cooper agus déantar YBCO a chlaochlú de réir a chéile ar ais go hábhar p-chineál. In ionad idirleathadh péire leictreon agus Cooper, is é idirleathadh leictreoin agus poll a chinneann gné an chomhéadain anois, rud a fhágann go n-aisiompaítear polaraíocht an réimse leictrigh sa chomhéadan agus mar thoradh air sin Voc dearfach (comparáid Fig.1d,h). Ag déine léasair an-ard, sáithíonn friotaíocht difreálach YBCO go luach a fhreagraíonn don ghnáthstát agus bíonn claonadh ag Voc agus Isc a athrú go líneach le déine léasair (Fíor 2b). Nochtann an bhreathnóireacht seo nach n-athróidh ionradaíocht léasair ar ghnáthstáit YBCO a fhriotaíocht agus gné an chomhéadain supersheoltóra-miotail ach ní dhéanfaidh sé ach tiúchan na bpéirí leictreon-pholl a mhéadú.
Chun imscrúdú a dhéanamh ar éifeacht na teochta ar na hairíonna fótavoltach, ionradaíodh an córas forsheoltóra miotail ag an gcatóid le léasair gorm de dhéine 502 mW/cm2. Tugtar cuair IV a fhaightear ag teochtaí roghnaithe idir 50 agus 300 K in Fíor 3a. Is féidir an voltas ciorcad oscailte Voc, sruth gearrchiorcad Isc agus an fhriotaíocht dhifreálach a fháil ansin ó na cuair IV seo agus léirítear iad in Fíor 3b. Gan soilsiú solais, téann na cuair IV go léir a thomhaistear ag teochtaí difriúla thar an mbunús mar a bhíothas ag súil leis (Inseata i bhFíor 3a). Athraíonn na saintréithe IV go suntasach le méadú ar an teocht nuair a bhíonn an córas soilsithe ag léas léasair sách láidir (502 mW/cm2). Ag teochtaí ísle is línte díreacha iad na cuair IV comhthreomhar leis an ais I le luachanna diúltacha Voc. Gluaiseann an cuar seo in airde le méadú ar theocht agus de réir a chéile iompaíonn sé ina líne le fána neamhzero ag teocht chriticiúil Tcp (Fíor 3a (barr)). Dealraíonn sé go rothlaíonn na cuair thréithiúla IV go léir timpeall pointe sa tríú ceathrú. Méadaíonn Voc ó luach diúltach go luach deimhneach agus laghdaítear Isc ó luach deimhneach go luach diúltach. Os cionn na bunteochta trasdula sársheolta Tc de YBCO, athraíonn an cuar IV ar bhealach difriúil le teocht (bun Fíor 3a). Ar an gcéad dul síos, bogann lár uainíochta na gcuar IV go dtí an chéad cheathrú. Ar an dara dul síos, coinníonn Voc ag laghdú agus Isc ag méadú le teocht ag méadú (barr Fíor 3b). Ar an tríú dul síos, méadaíonn fána na gcuar IV go líneach le teocht agus mar thoradh air sin tá comhéifeacht teocht dearfach friotaíochta le haghaidh YBCO (bun Fíor 3b).
Braitheann teocht na saintréithe fótavoltach do chóras greamaigh YBCO-Ag faoi soilsiú léasair 502 mW/cm2.
Tá lárionad an spota léasair suite timpeall na leictreoidí catóide (féach Fíor 1i). a, cuair IV a fhaightear ó 50 go 90 K (barr) agus ó 100 go 300 K (bun) le hincrimint teochta 5 K agus 20 K, faoi seach. Léiríonn inset a saintréithe IV ag teochtaí éagsúla sa dorchadas. Trasnaíonn na cuair go léir an pointe tionscnaimh. b, voltas ciorcad oscailte Voc agus sruth gearrchiorcad Isc (barr) agus friotaíocht difreálach, dV/dI, YBCO (bun) mar fheidhm teochta. Ní thugtar an teocht trasdula superconducting friotaíochta nialasach Tcp toisc go bhfuil sé ró-ghar do Tc0.
Is féidir trí theocht chriticiúla a aithint ó Fíor 3b: Tcp, a n-éiríonn YBCO neamh-fhorsheoltach os a chionn; Tc0, ag a n-éiríonn an Voc agus an Isc araon náid agus Tc, an bhunteocht trassheoltóra sársheoltach YBCO gan ionradaíocht léasair. Faoi bhun Tcp ~ 55 K, tá an YBCO ionradaithe léasair i stát superconducting le tiúchan réasúnta ard de phéirí Cooper. Is é éifeacht an ionradaíochta léasair ná an teocht trasdula superconducting friotaíochta náid a laghdú ó 89 K go ~ 55 K (bun Fíor 3b) trí thiúchan péire Cooper a laghdú chomh maith le voltas fótavoltach agus sruth a tháirgeadh. Briseann an teocht a mhéadú freisin na péirí Cooper síos as a dtiocfaidh poitéinseal níos ísle sa chomhéadan. Mar thoradh air sin, éireoidh luach absalóideach Voc níos lú, cé go gcuirtear an déine céanna soilsithe léasair i bhfeidhm. Tiocfaidh cumas an chomhéadain níos lú agus níos lú le méadú breise ar an teocht agus sroicheann sé nialas ag Tc0. Níl aon éifeacht fótavoltach ag an bpointe speisialta seo toisc nach bhfuil aon réimse inmheánach ann chun na péirí leictreon-pholl a tharchuirtear le fótagraif a scaradh. Tarlaíonn aisiompú polaraíochta ar an bpoitéinseal os cionn na teochta criticiúla seo toisc go bhfuil an dlús saor in aisce in Ag paste níos mó ná an dlús in YBCO a aistrítear de réir a chéile ar ais chuig ábhar de chineál p. Anseo ba mhaith linn a aibhsiú go dtarlaíonn aisiompú polaraíocht Voc agus Isc díreach tar éis an t-aistriú superconducting friotaíochta náid, beag beann ar chúis an aistrithe. Léiríonn an breathnóireacht seo go soiléir, den chéad uair, an comhghaol idir superconductivity agus na héifeachtaí fótavoltach a bhaineann le cumas comhéadan miotail-superconductor. Tá nádúr an acmhainneacht seo ar fud an chomhéadain superconductor-gnáth-mhiotail mar fhócas taighde le blianta beaga anuas ach tá go leor ceisteanna fós le freagairt. D’fhéadfadh tomhas na héifeachta fótavoltach a bheith ina mhodh éifeachtach chun sonraí (amhail a neart agus a pholaracht etc.) den acmhainneacht thábhachtach seo a fhiosrú agus mar sin solas a chur ar éifeacht chóngaracht an fhorsheoltóra ardteochta.
Tá méadú breise ar theocht ó Tc0 go Tc mar thoradh ar chomhchruinniú níos lú de phéirí Cooper agus feabhsaítear cumas an chomhéadain agus mar thoradh air sin Voc níos mó. Ag Tc éiríonn tiúchan na bpéirí Cooper náid agus sroicheann an poitéinseal tógála isteach ag an gcomhéadan uasmhéid, agus mar thoradh air sin bíonn uas-Voc agus íosmhéid Isc. Freagraíonn an méadú tapa Voc agus Isc (luach iomlán) sa raon teochta seo don trasdul sársheoltach a leathnaítear ó ΔT ~ 3 K go ~ 34 K trí ionradaíocht léasair ar dhéine 502 mW/cm2 (Fíor 3b). Sna gnáth-stáit thuas Tc, laghdaíonn an voltas ciorcad oscailte Voc le teocht (barr Fíor 3b), cosúil le hiompar líneach Voc do ghnáthchealla gréine bunaithe ar acomhail pn31,32,33. Cé go bhfuil an ráta athraithe Voc le teocht (−dVoc/dT), a bhraitheann go mór ar dhéine léasair, i bhfad níos lú ná ráta na ngnáthchealla gréine, tá an t-ord méadaíochta céanna ag comhéifeacht teocht Voc le haghaidh acomhal YBCO-Ag. de na cealla gréine. Méadaíonn sruth sceite acomhal pn le haghaidh gnáthghléas gréine cealla le méadú ar an teocht, rud a fhágann go laghdaítear Voc de réir mar a mhéadaítear an teocht. Déanann na cuair líneacha IV a breathnaíodh don chóras Ag-superconductor seo, mar gheall ar an gcéad dul síos ar chumas an chomhéadain an-bheag agus sa dara háit nasc cúl le cúl an dá heterojunctions, go bhfuil sé deacair an sruth sceite a chinneadh. Mar sin féin, is dócha go bhfuil an spleáchas teochta céanna ar an sruth sceite freagrach as an iompar Voc a breathnaíodh inár dturgnamh. De réir an tsainmhínithe, is é Isc an sruth is gá chun voltas diúltach a tháirgeadh chun Voc a chúiteamh ionas go mbeidh an voltas iomlán nialas. De réir mar a mhéadaíonn an teocht, éiríonn Voc níos lú ionas go mbeidh níos lú srutha ag teastáil chun an voltas diúltach a tháirgeadh. Ina theannta sin, méadaíonn friotaíocht YBCO go líneach le teocht os cionn Tc (bun Fíor 3b), rud a chuireann freisin le luach absalóideach níos lú ISC ag teochtaí arda.
Fógra go bhfaightear na torthaí a thugtar i bhFíor 2,3 trí léasair a ionradaíocht ag an limistéar timpeall leictreoidí catóide. Rinneadh tomhais arís agus arís eile freisin le spot léasair suite ag anóid agus tá tréithe comhchosúla IV agus airíonna fótavoltach tugtha faoi deara ach amháin go bhfuil polaraíocht Voc agus Isc aisiompaithe sa chás seo. Tá meicníocht d'éifeacht fótavoltach mar thoradh ar na sonraí seo go léir, a bhaineann go dlúth leis an gcomhéadan superconductor-miotail.
Go hachomair, rinneadh tréithe IV de chóras greamaigh superconducting YBCO-Ag ionradaithe léasair a thomhas mar fheidhmeanna teochta agus déine léasair. Tá éifeacht fótavoltach iontach tugtha faoi deara sa raon teochta ó 50 go 300 K. Faightear amach go bhfuil comhghaol láidir idir na hairíonna fótavoltach agus sársheoltacht criadóireacht YBCO. Tarlaíonn aisiompú polaraíochta de Voc agus Isc díreach tar éis an t-ollsheoltacha grianghraf-spreagtha go dtí trasdul neamh-fhosheoltach. Léiríonn spleáchas teochta Voc agus Isc arna thomhas ag déine léasair fosaithe freisin aisiompú polaraíochta sainiúil ag teocht chriticiúil a n-éiríonn an sampla friotaíoch os a chionn. Trí láthair an léasair a lonnú go dtí cuid dhifriúil den sampla, léirímid go bhfuil poitéinseal leictreach trasna an chomhéadain, a sholáthraíonn an fórsa deighilte do na péirí leictreon-phoill a tharchuirtear le fótagraif. Treoraíonn poitéinseal an chomhéadain seo ó YBCO chuig an leictreoid mhiotail nuair a bhíonn YBCO ag sársheoladh agus aistríonn sé go dtí an treo eile nuair a éiríonn an sampla neamhfhorsheoltach. D’fhéadfadh bunús an phoitéinsil a bheith bainteach go nádúrtha leis an éifeacht chóngarachta ag an gcomhéadan sársheoltóra miotail nuair a bhíonn YBCO ag forsheoltach agus meastar go bhfuil sé ~10−8 mV ag 50 K le déine léasair 502 mW/cm2. Déan teagmháil le hábhar p-cineál YBCO ag staid gnáth le hábhar n-cineál Déanann Ag-greamaigh acomhal gar-pn atá freagrach as iompar fótavoltach criadóireacht YBCO ag teochtaí arda. Cuireann na tuairimí thuas solas ar fáil ar an éifeacht PV i gceirmeacht sársheoltach YBCO ardteocht agus réitigh siad an bealach d'fheidhmchláir nua i bhfeistí optoelectronic mar brathadóir solais éighníomhach tapa agus brathadóir fótóin aonair.
Rinneadh na turgnaimh éifeacht fótavoltach ar shampla ceirmeach YBCO de 0.52 mm tiús agus cruth dronuilleogach 8.64 × 2.26 mm2 agus soilsithe ag tonn leanúnach gorm-léasair (λ = 450 nm) le méid spot léasair de 1.25 mm ar ga. Trí úsáid a bhaint as mórchóir seachas sampla scannáin thanaí is féidir linn staidéar a dhéanamh ar airíonna fótavoltach an fhorsheoltóra gan a bheith orainn déileáil le tionchar casta an tsubstráit6,7. Ina theannta sin, d'fhéadfadh an mórchóir ábhar a bheith fabhrach dá nós imeachta ullmhúcháin simplí agus ar chostas réasúnta íseal. Tá na sreanga luaidhe copair comhcheangailte ar shampla YBCO le greamaigh airgid a fhoirmíonn ceithre leictreoid chiorclach thart ar 1 mm ar trastomhas. Tá an fad idir an dá leictreoid voltas thart ar 5 mm. Rinneadh tréithe IV an tsampla a thomhas ag baint úsáide as an maighnéadiméadar samplach creathadh (VersaLab, Quantum Design) le fuinneog criostail Grianchloch. Baineadh úsáid as modh caighdeánach ceithre shreang chun na cuair IV a fháil. Léirítear suíomhanna coibhneasta na leictreoidí agus an spota léasair in Fíor 1i.
Conas an t-alt seo a lua: Yang, F. et al. Bunús na héifeachta fótavoltach i criadóireacht superconducting YBa2Cu3O6.96. Sci. Ionad 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Siméadracht-toirmiscthe voltais léasair-spreagtha i YBa2Cu3O7 . Fis. Ath. B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Bunús an chomhartha fótavoltach aimhrialta i Y-Ba-Cu-O. Fis. Ath. B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lín, JL, Feng, QR & Wang, GW Tomhas ar voltais léasair-spreagtha d'fhorsheoltóireacht Bi-Sr-Ca-Cu-O. Fis. Ath. B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Voltais neamhbhuan spreagtha léasair i scannáin teocht an tseomra de YBa2Cu3O7-x . J. Appl. Fis. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Freagra fótavoltach aimhrialta i YBa2Cu3O7 . Fis. Ath. B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Instealladh iompróra poll photogenerated chuig YBa2Cu3O7−x i heterostructure ocsaíd. Appl. Fis. Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Staidéar photoemission de scannáin tanaí YBa2Cu3Oy faoi soilsiú solais. Fis. An tUrr. Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Éifeacht fhótavoltach YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction annealaithe i bpáirtbhrú ocsaigine éagsúla. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. Struchtúr dhá bhearna i gcriostal aonair Yb(Y)Ba2Cu3O7-x. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Dinimic scíthe Quasiparticle i superconductors le struchtúir bearna éagsúla: Teoiric agus turgnaimh ar YBa2Cu3O7-δ. Fis. Ath. B 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Airíonna coigeartaithe an heitrighne YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb. Appl. Fis. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Ionsúite excitonic agus superconductivity i YBa2Cu3O7-δ . Fis. An tUrr. Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Seoltacht fótaionduchtaithe neamhbhuan i gcriostail shingil leathsheolta YBa2Cu3O6.3: cuardach a dhéanamh ar staid mhiotalacha fhóta-ionduchtaithe agus ar shársheoltacht fhóta-ionduchtaithe. Cumann Stáit Soladach. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Múnla Tollánaithe den éifeacht chóngarachta sársheoltach. Fis. Ath. 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Tionchar cóngarachta sársheoltach arna scrúdú ar scála fad meiseascópach. Fis. An tUrr. Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Éifeacht cóngarachta le forsheoltóirí neamhlárshiméadracha. Fis. An tAth B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Éifeacht gaireachta sársheoltach láidir i struchtúir hibrideacha Pb-Bi2Te3. Sci. Ionadaí 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Fótachill acomhal pn sileacain nua chun radaíocht na gréine a thiontú ina chumhacht leictreach. J. App. Fis. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Éifeachtaí eisíontais ar an fad comhleanúnachais superconducting i Zn- nó Ni-dhópáilte YBa2Cu3O6.9 criostail aonair. Fis. Ath. B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance de Untwinned YBa2Cu3Oy criostail aonair i raon leathan de dópála: poll-dhópála aimhrialta spleáchas ar an fad comhleanúnachais. Fis. An tUrr. Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Systematics i gcumhacht teirmeleictreach ard-T, ocsaídí. Fis. Ath. B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Aistriú móiminteam iompróra-dlúis-spleách ar an mbuaic chomhleanúnach agus an modh phonon LO i sársheoltóirí p-cineál ard-Tc. Fis. Ath. B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Laghdú poll agus carnadh leictreon i scannáin tanaí YBa2Cu3Oy ag baint úsáide as teicníc leictriceimiceach: Fianaise ar staid mhiotalacha n-cineál. Fis. An tAth B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Fisic agus ceimic airde bhacainn Schottky. Appl. Fis. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Éifeachtaí Briseadh Péire Seachtracha Dinimiciúla i Scannáin Sársheoltacha. Fis. An tUrr. Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Feabhsú forsheoltacht fóta-spreagtha. Appl. Fis. Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Fótasheoltacht mharthanach i scannáin YBa2Cu3O6+x mar mhodh chun fótachóipeáil i dtreo na gcéimeanna miotalacha agus forsheoltóra. Fis. Ath. B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowski, R. et al. Dinimic laitíse neamhlíneacha mar bhonn le sársheoltacht feabhsaithe in YBa2Cu3O6.5 . Nádúr 516, 71–74 (2014).
Fausti, D. et al. Sársheoltacht solas-spreagtha i cuprate stríoc-ordaithe. Eolaíocht 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Braitheann teocht feidhme VOC do chill gréine maidir lena chur chuige nua éifeachtúlachta. Díshalannú 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Éifeachtaí teochta i gcealla gréine sileacain bacainn Schottky. Appl. Fis. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Spleáchas teochta do pharaiméadair gléas fótavoltach cealla gréine polaiméire-fullerene faoi choinníollacha oibriúcháin. J. Appl. Fis. 90, 5343–5350 (2002).
Tá an obair seo tar éis tacaíocht a fháil ó Fhondúireacht Náisiúnta Eolaíochta Nádúrtha na Síne (Deontas Uimh. 60571063), Tionscadail Taighde Bunúsacha Cúige Henan, an tSín (Deontas Uimh. 122300410231).
Scríobh FY téacs an pháipéir agus d'ullmhaigh MYH sampla ceirmeach YBCO. Rinne FY agus MYH an turgnamh agus rinne siad anailís ar na torthaí. Bhí FGC i gceannas ar an tionscadal agus ar léirmhíniú eolaíoch na sonraí. Rinne gach údar athbhreithniú ar an lámhscríbhinn.
Tá an saothar seo ceadúnaithe faoi Cheadúnas Idirnáisiúnta Creative Commons Attribution 4.0. Áirítear na híomhánna nó ábhar tríú páirtí eile san Airteagal seo i gceadúnas Creative Commons an ailt, mura sonraítear a mhalairt sa líne chreidmheasa; mura n-áirítear an t-ábhar faoi cheadúnas Creative Commons, beidh ar úsáideoirí cead a fháil ón sealbhóir ceadúnais chun an t-ábhar a atáirgeadh. Chun cóip den cheadúnas seo a fheiceáil, tabhair cuairt ar http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Bunús na héifeachta fótavoltach i criadóireacht superconducting YBa2Cu3O6.96. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Trí thuairim a chur isteach aontaíonn tú cloí lenár dTéarmaí agus ár dTreoirlínte Pobail. Má fhaigheann tú go bhfuil rud maslach nó nach gcomhlíonann ár dtéarmaí nó ár dtreoirlínte cuir in iúl é mar rud míchuí.
Am postála: Aibreán-22-2020