Tapadh leibh airson tadhal air nature.com. Tha thu a’ cleachdadh dreach brabhsair le taic cuibhrichte airson CSS. Gus an t-eòlas as fheàrr fhaighinn, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair nas ùire (no cuir dheth modh co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). Anns an eadar-ama, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, tha sinn a 'taisbeanadh na làraich gun stoidhlichean agus JavaScript.
Bidh sinn ag aithris air buaidh photovoltaic iongantach ann an ceirmeag YBa2Cu3O6.96 (YBCO) eadar 50 agus 300 K air a bhrosnachadh le soillseachadh gorm-laser, a tha gu dìreach co-cheangailte ri superconductivity YBCO agus an eadar-aghaidh electrode YBCO-meatailt. Tha tionndadh polarity ann airson bholtadh cuairte fosgailte Voc agus sruth cuairt ghoirid Isc nuair a thèid YBCO tro ghluasad bho superconducting gu staid resistive. Bidh sinn a’ sealltainn gu bheil comas dealain ann thairis air an eadar-aghaidh meatailt superconductor-àbhaisteach, a bheir seachad an fheachd dealachaidh airson na paidhrichean toll-dealain a tha air an togail le dealbh. Bidh an comas eadar-aghaidh seo a’ stiùireadh bho YBCO chun an dealan-mheatailt nuair a tha YBCO a’ dèanamh superconducting agus a’ tionndadh chun taobh eile nuair a thig YBCO gu bhith neo-ghiùlain. Dh’ fhaodadh tùs a’ chomais a bhith ceangailte gu furasta ris a’ bhuaidh faisg air eadar-aghaidh meatailt-superconductor nuair a tha YBCO a’ dèanamh superconducting agus thathas a’ meas gu bheil a luach ~ 10–8 mV aig 50 K le dian laser de 502 mW / cm2. Cothlamadh de stuth seòrsa p YBCO aig staid àbhaisteach le stuth seòrsa n Tha Ag-paste a’ cruthachadh snaim quasi-pn a tha an urra ri giùlan photovoltaic de chrèadhag YBCO aig teòthachd àrd. Dh’ fhaodadh na co-dhùnaidhean againn an t-slighe a dhealbhadh gu tagraidhean ùra de dh’ innealan photon-dealanach agus barrachd solais a thilgeil air a ’bhuaidh cho faisg air an eadar-aghaidh superconductor-metal.
Chaidh aithris a dhèanamh air bholtaids air a bhrosnachadh le dealbhan ann an superconductors aig teòthachd àrd tràth anns na 1990n agus chaidh a sgrùdadh gu mòr bhon uair sin, ach tha a nàdar agus an dòigh-obrach fhathast mì-chinnteach1,2,3,4,5. Tha filmichean tana YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8, gu sònraichte, air an sgrùdadh gu dian ann an cruth cealla photovoltaic (PV) air sgàth a bheàrn lùth a ghabhas atharrachadh9,10,11,12,13. Ach, bidh strì àrd an t-substrate an-còmhnaidh a’ leantainn gu èifeachdas tionndaidh ìosal den inneal agus a ’falach prìomh fheartan PV YBCO8. An seo tha sinn ag aithris air buaidh photovoltaic iongantach air adhbhrachadh le soillseachadh gorm-laser (λ = 450 nm) ann an ceirmeag YBa2Cu3O6.96 (YBCO) eadar 50 agus 300 K (Tc ~ 90 K). Bidh sinn a’ sealltainn gu bheil buaidh PV ceangailte gu dìreach ri superconductivity YBCO agus nàdar an eadar-aghaidh electrode YBCO-miotalach. Tha tionndadh polarity ann airson bholtadh cuairte fosgailte Voc agus sruth cuairt ghoirid Isc nuair a thèid YBCO tro ghluasad bho ìre superconducting gu staid resistive. Thathas a’ moladh gu bheil comas dealain ann thairis air an eadar-aghaidh meatailt superconductor-àbhaisteach, a bheir seachad an fheachd dealachaidh airson na paidhrichean toll-dealanach a tha air an togail le dealbh. Bidh an comas eadar-aghaidh seo a’ stiùireadh bho YBCO chun an dealan-mheatailt nuair a tha YBCO a’ dèanamh superconducting agus a’ tionndadh chun taobh eile nuair a thig an sampall gu bhith neo-ghiùlain. Is dòcha gu bheil tùs a’ chomais co-cheangailte gu nàdarra ris a’ bhuaidh faisg air 14,15,16,17 aig eadar-aghaidh meatailt-superconductor nuair a tha YBCO superconducting agus thathas a’ meas gu bheil a luach ~ 10 - 8 mV aig 50 K le dian laser de 502 mW /cm2. Cothlamadh de stuth seòrsa p YBCO aig staid àbhaisteach le stuth n-seòrsa Bidh Ag-paste a ’cruthachadh, nas coltaiche, snaim quasi-pn a tha an urra ri giùlan PV ceirmeag YBCO aig teòthachd àrd. Bidh na beachdan againn a’ tilgeil tuilleadh solais air tùs buaidh PV ann an àrd-teòthachd superconducting ceirmeag YBCO agus a’ fuasgladh na slighe airson a chuir an sàs ann an innealan optoelectronic leithid lorgaire solais fulangach luath msaa.
Tha Figear 1a–c a' sealltainn gu bheil feartan IV de shampall ceirmeag YBCO aig 50 K. Às aonais soillseachadh solais, tha an bholtaids tarsainn an t-sampall fhathast aig neoni le sruth caochlaideach, mar a bhiodh dùil bho stuth superconducting. Bidh buaidh photovoltaic follaiseach a’ nochdadh nuair a tha beam laser air a stiùireadh gu catod (Fig. 1a): tha na lùban IV co-shìnte ris an axis I a’ gluasad sìos le dian laser a’ sìor fhàs. Tha e follaiseach gu bheil bholtadh àicheil air a bhrosnachadh le dealbhan eadhon às aonais sruth sam bith (ris an canar gu tric bholtaids cuairt fhosgailte Voc). Tha leathad neoni an lùb IV a’ nochdadh gu bheil an sampall fhathast superconducting fo shoillseachadh laser.
(a–c) agus 300 K (e–g). Chaidh luachan V(I) fhaighinn le bhith a’ sguabadh an t-sruth bho −10 mA gu +10 mA ann am falamh. Chan eil ach pàirt den dàta deuchainneach air a thaisbeanadh airson soilleireachd. a, Feartan gnàthach bholtachd YBCO air a thomhas le spot laser suidhichte aig a’ chatod (i). Tha na lùban IV gu lèir nan loidhnichean dìreach còmhnard a’ sealltainn gu bheil an sampall fhathast a’ dol thairis air le irradachadh laser. Bidh an lùb a’ gluasad sìos le dian leusair a tha a’ sìor fhàs, a’ nochdadh gu bheil comas àicheil (Voc) ann eadar an dà stiùir bholtachd eadhon le sruth neoni. Tha na lùban IV fhathast gun atharrachadh nuair a tha an leusair air a stiùireadh gu meadhan an t-sampall aig ether 50 K (b) no 300 K (f). Bidh an loidhne chòmhnard a’ gluasad suas mar a tha an anod air a shoilleireachadh (c). Tha modail sgeamach de shnaim meatailt-superconductor aig 50 K air a shealltainn ann an d. Tha feartan bholtachd gnàthach YBCO stàite àbhaisteach aig 300 K air a thomhas le beam laser air a chomharrachadh aig catod agus anod air an toirt seachad ann an e agus g fa leth. An coimeas ris na toraidhean aig 50 K, tha leathad neo-neoni nan loidhnichean dìreach a’ nochdadh gu bheil YBCO ann an staid àbhaisteach; tha luachan Voc ag atharrachadh le dian solais ann an taobh eile, a’ nochdadh inneal dealachaidh cosgais eadar-dhealaichte. Tha structar eadar-aghaidh comasach aig 300 K air a nochdadh ann an hj An fhìor dhealbh den sampall le stiùiridhean.
Faodaidh YBCO làn ocsaidean ann an staid superconducting gabhail a-steach cha mhòr làn speactram de sholas na grèine air sgàth a bheàrn lùth glè bheag (Eg) 9,10, agus mar sin a’ cruthachadh paidhrichean toll-dealain (e–h). Gus bholtaids cuairt fhosgailte a thoirt gu buil le bhith a’ gabhail a-steach photons, feumar paidhrichean eh a ghineadh le dealbhan a sgaradh gu spàsail mus tachair ath-thionndadh18. Tha an Voc àicheil, an coimeas ris a' chatod agus an anod mar a tha air a chomharrachadh ann am Fig. 1i, a' moladh gu bheil comas dealain ann thairis air an eadar-aghaidh meatailt-superconductor, a sguabas na dealanan dhan anod agus tuill dhan chatod. Ma tha seo fìor, bu chòir gum biodh puing ann cuideachd bho superconductor chun an dealan meatailt aig anod. Mar thoradh air an sin, gheibhear Voc dearbhach ma tha an raon sampall faisg air an anod air a shoilleireachadh. A bharrachd air an sin, cha bu chòir bholtachd sam bith a bhith air a bhrosnachadh le dealbhan nuair a thathas a’ comharrachadh an àite laser gu raointean fada bho na dealanan. Gu cinnteach tha seo fìor mar a chithear bho Fig. 1b,c!.
Nuair a ghluaiseas an spot solais bhon electrod catod gu meadhan an t-sampall (timcheall air 1.25 mm a bharrachd air an eadar-aghaidh), chan fhaicear eadar-dhealachadh sam bith air lùban IV no Voc le dian laser a tha a’ sìor fhàs chun an luach as àirde a tha ri fhaighinn (Fig. 1b) . Gu nàdarra, faodar an toradh seo a chomharrachadh mar thoradh air beatha cuibhrichte luchd-giùlan dhealbhan agus dìth feachd dealachaidh san sampall. Faodar paidhrichean toll-dealain a chruthachadh nuair a thèid an sampall a shoilleireachadh, ach thèid a’ mhòr-chuid de na paidhrichean e–h a chuir às agus chan fhaicear buaidh photovoltaic ma thuiteas an spot laser air raointean fada air falbh bho gin de na dealanan. A’ gluasad an spot laser gu na dealanan anod, bidh na lùban IV co-shìnte ris an axis I a’ gluasad suas le dian laser a tha a’ sìor fhàs (Fig. 1c). Tha raon dealain coltach ris ann an snaim meatailt-superconductor aig an anod. Ach, bidh an dealan meitabileach a’ ceangal ri stiùir adhartach an t-siostam deuchainn an turas seo. Tha na tuill a nì an leusair air am putadh gu stiùir an anod agus mar sin thathas a’ cumail sùil air Voc adhartach. Tha na toraidhean a tha air an taisbeanadh an seo a’ toirt seachad fianais làidir gu bheil gu dearbh comas eadar-aghaidh a’ comharrachadh bhon superconductor chun an dealan-mheatailt.
Tha buaidh photovoltaic ann an ceirmeag YBa2Cu3O6.96 aig 300 K ri fhaicinn ann am Fig. 1e–g. Às aonais soillseachadh aotrom, tha lùb IV den sampall na loidhne dhìreach a ’dol thairis air an tùs. Bidh an loidhne dhìreach seo a’ gluasad suas gu co-shìnte ris an fhear thùsail le dian leusair a’ dol am meud aig na stiùirean catod (Fig. 1e). Tha dà chùis inntinneach ann airson inneal photovoltaic. Bidh an suidheachadh cuairt ghoirid a’ tachairt nuair a tha V = 0. Canar an sruth cuairt ghoirid (Isc) ris an t-sruth sa chùis seo. Is e an dàrna cùis cuibhreachaidh an suidheachadh cuairt-fosgailte (Voc) a thachras nuair a tha R → ∞ no an sruth neoni. Tha Figear 1e a’ sealltainn gu soilleir gu bheil Voc deimhinneach agus a’ meudachadh le dian solais a’ sìor fhàs, an taca ris an toradh a gheibhear aig 50 K; fhad ‘s a thathas a’ faicinn Isc àicheil ag àrdachadh meud le soillseachadh aotrom, giùlan àbhaisteach de cheallan grèine àbhaisteach.
San aon dòigh, nuair a tha an beam laser air a chomharrachadh aig ceàrnaidhean fada air falbh bho na dealanan, tha an lùb V(I) neo-eisimeileach bho dhian an leusair agus chan eil buaidh photovoltaic air nochdadh (Fig. 1f). Coltach ris an tomhas aig 50 K, bidh na lùban IV a 'gluasad chun an taobh eile mar a tha an electrod anod air a irradiated (Fig. 1g). Tha na toraidhean sin uile a gheibhear airson an t-siostam paste YBCO-Ag seo aig 300 K le leusair irradiated aig diofar shuidheachaidhean den sampall co-chòrdail ri comas eadar-aghaidh mu choinneamh an fheadhainn a chaidh fhaicinn aig 50 K.
Bidh a ’mhòr-chuid de eleactronan a’ dlùthachadh ann an càraidean Cooper ann an superconducting YBCO fo an teòthachd gluasaid Tc. Fhad ‘s a tha iad anns an dealan-mheatailt, bidh na dealanan uile ann an cruth singilte. Tha caisead dùmhlachd mòr ann airson an dà chuid dealanan singilte agus càraidean Cooper faisg air an eadar-aghaidh meatailt-superconductor. Bidh dealanan singilte le giùlan mòr-chuid ann an stuth meatailteach a ’sgaoileadh a-steach don roinn superconductor, ach bidh Cooper-paidhrichean giùlan mòr-chuid ann an sgìre YBCO a’ sgaoileadh a-steach don roinn mheatailt. Mar chàraidean Cooper a’ giùlan barrachd chìsean agus le gluasad nas motha na dealanan singilte a’ sgaoileadh bho YBCO a-steach gu sgìre mheatailtich, bidh dadaman le cosgais dearbhach air am fàgail air chùl, a’ leantainn gu raon dealain ann an roinn cosgais an fhànais. Tha stiùir an raoin dealain seo air a shealltainn anns an diagram sgeamach Fig. 1d. Faodaidh soillseachadh photon tachartas faisg air an roinn cosgais fànais eh paidhrichean a chruthachadh a thèid an sgaradh agus an sguabadh a-mach a’ toirt a-mach photocurrent a-steach don taobh cùil. Cho luath ‘s a gheibh na dealanan a-mach às an raon dealain togail a-steach, bidh iad air an teannachadh ann an càraidean agus a’ sruthadh chun dealan eile gun strì. Anns a 'chùis seo, tha an Voc mu choinneamh a' polarity ro-shuidhichte agus a 'nochdadh luach àicheil nuair a tha an giùlan laser a' comharrachadh an àite timcheall air an dealan àicheil. Bho luach Voc, faodar an comas tarsainn an eadar-aghaidh a thomhas: is e an astar eadar an dà stiùir bholtachd d ~ 5 × 10−3 m, bu chòir tiugh an eadar-aghaidh meatailt-superconductor, di, a bhith san aon òrdugh meudachd mar fhad co-leanailteachd YBCO superconductor (~ 1 nm) 19,20, gabh luach Voc = 0.03 mV, is e na Vms a dh’ fhaodadh a bhith aig an eadar-aghaidh meatailt-superconductor air a mheasadh gu bhith ~10−11 V aig 50 K le dian laser de 502 mW/cm2, a’ cleachdadh co-aontar,
Tha sinn airson cuideam a chuir an seo nach urrainn am bholtadh a tha air a bhrosnachadh le dealbh a bhith air a mhìneachadh le buaidh teirmeach dealbh. Chaidh a dhearbhadh gu deuchainneach gur e Ss = 021 an co-èifeachd Seebeck de superconductor YBCO. Tha co-èifeachd Seebeck airson uèirichean luaidhe copair anns an raon SCu = 0.34–1.15 μV/K3. Faodar teòthachd an uèir copar aig an àite leusair àrdachadh le tomhas beag de 0.06 K leis an dian leusair as àirde ri fhaighinn aig 50 K. Dh’ fhaodadh seo comas thermoelectric de 6.9 × 10−8 V a thoirt gu buil a tha trì òrdughan meud nas lugha na an Voc a gheibhear ann am Fig 1 (a). Tha e follaiseach gu bheil buaidh thermoelectric ro bheag airson na toraidhean deuchainneach a mhìneachadh. Gu dearbh, bhiodh an atharrachadh teòthachd mar thoradh air irradachadh laser a’ dol à sealladh ann an nas lugha na aon mhionaid gus an tèid dearmad a dhèanamh air tabhartas buaidh teirmeach.
Tha a’ bhuaidh photovoltaic seo de YBCO aig teòthachd an t-seòmair a’ nochdadh gu bheil inneal dealachaidh cosgais eadar-dhealaichte an sàs an seo. Is e stuth seòrsa p a th’ ann an superconducting YBCO ann an staid àbhaisteach le tuill mar neach-giùlain cosgais22,23, fhad ‘s a tha feartan de stuth n-seòrsa aig Ag-paste meatailteach. Coltach ri cinn-rathaid pn, bidh an sgaoileadh de eleactronan anns an taois airgid agus tuill ann an ceirmeag YBCO a’ cruthachadh raon dealain a-staigh a’ comharrachadh ceirmeag YBCO aig an eadar-aghaidh (Fig. 1h). Is e an raon a-staigh seo a tha a’ toirt seachad an fheachd dealachaidh agus a’ leantainn gu Voc adhartach agus Isc àicheil airson siostam paste YBCO-Ag aig teòthachd an t-seòmair, mar a chithear ann am Fig. 1e. Air an làimh eile, dh’ fhaodadh Ag-YBCO snaim p-seòrsa Schottky a chruthachadh a tha cuideachd a’ leantainn gu comas eadar-aghaidh leis an aon polarity sa mhodail a tha air a thaisbeanadh gu h-àrd24.
Gus sgrùdadh a dhèanamh air pròiseas mean-fhàs mionaideach nan togalaichean photovoltaic aig àm gluasad superconducting de YBCO, chaidh lùban IV den sampall aig 80 K a thomhas le dian laser taghte a’ soillseachadh aig electrod catod (Fig. 2). Às aonais irradachadh laser, bidh an bholtachd tarsainn an t-sampall a’ cumail aig neoni ge bith dè an sruth a th’ ann, a’ nochdadh staid superconducting an t-sampall aig 80 K (Fig. 2a). Coltach ris an dàta a gheibhear aig 50 K, bidh lùban IV co-shìnte ris an I-axis a’ gluasad sìos le dian laser a tha a’ sìor fhàs gus an ruigear luach èiginneach Pc. Os cionn an dian laser èiginneach seo (Pc), bidh an superconductor a’ dol tro ghluasad bho ìre superconducting gu ìre resistive; bidh an bholtachd a’ tòiseachadh ag àrdachadh le sruth mar thoradh air coltas strì anns an superconductor. Mar thoradh air an sin, tha an lùb IV a’ tòiseachadh a’ trasnadh leis an I-axis agus V-axis a’ leantainn gu Voc àicheil agus Isc dearbhach an toiseach. A-nis tha e coltach gu bheil an sampall ann an staid shònraichte far a bheil polarity Voc agus Isc gu math mothachail air dian solais; le àrdachadh glè bheag ann an dian solais tha Isc air a thionndadh bho adhartach gu àicheil agus Voc bho àicheil gu luach dearbhach, a’ dol seachad air an tùs (tha cugallachd àrd thogalaichean photovoltaic, gu sònraichte luach Isc, gu soillseachadh solais ri fhaicinn nas soilleire ann am Fig. 2b). Aig an dian laser as àirde a tha ri fhaighinn, tha na lùban IV an dùil a bhith co-shìnte ri chèile, a’ comharrachadh staid àbhaisteach sampall YBCO.
Tha an ionad spot laser air a shuidheachadh timcheall air na electrodan catod (faic Fig. 1i). a, IV lùban de YBCO irradiated le diofar dian laser. b (mullach), eisimeileachd dian laser air bholtadh cuairte fosgailte Voc agus sruth cuairt ghoirid Isc. Chan fhaighear na luachan Isc aig dian solais ìosal (< 110 mW/cm2) leis gu bheil na lùban IV co-shìnte ris an I-axis nuair a tha an sampall ann an staid sàr-ghiùlain. b (bonn), strì eadar-dhealaichte mar ghnìomh de dhian laser.
Tha an eisimeileachd dian laser de Voc agus Isc aig 80 K ri fhaicinn ann am Fig. 2b (mullach). Faodar beachdachadh air na feartan photovoltaic ann an trì roinnean de dhian solais. Tha a’ chiad roinn eadar 0 agus Pc, anns a bheil YBCO superconducting, tha Voc àicheil agus a’ lughdachadh (àrdachadh luach iomlan) le dian solais agus a’ ruighinn ìre as ìsle aig Pc. Tha an dàrna roinn bho Pc gu dian èiginneach eile P0, anns am bi Voc ag àrdachadh fhad ‘s a tha Isc a’ lughdachadh le dian solais a tha a ’sìor fhàs agus an dà chuid a’ ruighinn neoni aig P0. Tha an treas roinn os cionn P0 gus an ruigear staid àbhaisteach YBCO. Ged a tha an dà chuid Voc agus Isc ag atharrachadh le dian solais san aon dòigh ri roinn 2, tha polarity mu choinneamh aca os cionn an dian èiginneach P0. Tha cudromachd P0 na laighe leis nach eil buaidh photovoltaic ann agus bidh an uidheamachd dealachaidh cosgais ag atharrachadh gu càileachdail aig an ìre shònraichte seo. Bidh sampall YBCO a’ fàs neo-ghiùlan anns an raon seo de dhian solais ach tha an staid àbhaisteach fhathast ri ruighinn.
Gu soilleir, tha feartan photovoltaic an t-siostaim ceangailte gu dlùth ri superconductivity YBCO agus an eadar-ghluasad superconducting aige. Tha an strì eadar-dhealaichte, dV/dI, de YBCO air a shealltainn ann am Fig. 2b (bonn) mar ghnìomh dian leusair. Mar a chaidh ainmeachadh roimhe, an comas dealain togail anns an eadar-aghaidh mar thoradh air puingean sgaoilidh paidhir Cooper bhon superconductor gu meatailt. Coltach ris an fhear a chaidh fhaicinn aig 50 K, tha buaidh photovoltaic air a neartachadh le àrdachadh ann an dian laser bho 0 gu Pc. Nuair a ruigeas an dian laser luach beagan os cionn Pc, bidh an lùb IV a ’tòiseachadh a’ teilt agus bidh strì an t-sampall a ’tòiseachadh a’ nochdadh, ach chan eil polarity comas an eadar-aghaidh air atharrachadh fhathast. Chaidh sgrùdadh a dhèanamh air buaidh excitation optigeach air an superconductivity anns an roinn faicsinneach no faisg air IR. Ged is e am pròiseas bunaiteach na paidhrichean Cooper a bhriseadh suas agus an superconductivity25,26 a sgrios, ann an cuid de chùisean faodar gluasad superconductivity a leasachadh27,28,29, faodar eadhon ìrean ùra de superconductivity a bhrosnachadh30. Faodar dìth superconductivity aig Pc a thoirt don bhriseadh paidhir a tha air a bhrosnachadh le dealbhan. Aig a’ phuing P0, bidh an comas tarsainn an eadar-aghaidh gu bhith neoni, a’ nochdadh gu bheil an dùmhlachd cosgais air gach taobh den eadar-aghaidh a’ ruighinn an aon ìre fon dian shònraichte seo de shoillseachadh solais. Bidh barrachd àrdachadh ann an dian leusair a’ ciallachadh gun tèid barrachd chàraidean Cooper a sgrios agus thèid YBCO atharrachadh mean air mhean air ais gu stuth seòrsa-p. An àite eadar-sgaoileadh paidhir dealanach agus Cooper, tha feart an eadar-aghaidh a-nis air a dhearbhadh le sgaoileadh dealanach is tuill a tha a’ leantainn gu tionndadh polarity den raon dealain san eadar-aghaidh agus mar sin Voc dearbhach (dèan coimeas eadar Fig.1d,h). Aig dian leusair fìor àrd, tha an strì eadar-dhealaichte aig YBCO a' dol suas gu luach a fhreagras air an t-suidheachadh àbhaisteach agus tha an dà chuid Voc agus Isc buailteach a bhith ag atharrachadh gu sreathach le dian leusair (Fig. 2b). Tha an amharc seo a’ nochdadh nach atharraich irradachadh leusair air staid àbhaisteach YBCO tuilleadh a resistivity agus feart an eadar-aghaidh superconductor-meatailt ach dìreach àrdaichidh e dùmhlachd nan paidhrichean dealanach-tuill.
Gus sgrùdadh a dhèanamh air buaidh teòthachd air na togalaichean photovoltaic, chaidh an siostam superconductor meatailt a irradachadh aig a’ chatod le laser gorm de dhian 502 mW / cm2. Tha lùban IV a gheibhear aig teodhachd taghte eadar 50 agus 300 K air an toirt seachad ann am Fig. 3a. Gheibhear an bholtaids cuairt fhosgailte Voc, sruth cuairt ghoirid Isc agus an aghaidh eadar-dhealaichte bho na lùban IV sin agus chithear iad ann am Fig. 3b. Às aonais soillseachadh aotrom, bidh a h-uile lùb IV a chaidh a thomhas aig teòthachd eadar-dhealaichte a’ dol seachad air an tùs mar a bhiodh dùil (cuir a-steach Fig. 3a). Bidh na feartan IV ag atharrachadh gu mòr le àrdachadh ann an teòthachd nuair a tha an siostam air a shoilleireachadh le beam laser gu math làidir (502 mW / cm2). Aig teòthachd ìosal tha na lùban IV nan loidhnichean dìreach co-shìnte ris an axis I le luachan àicheil Voc. Bidh an lùb seo a’ gluasad suas le àrdachadh ann an teòthachd agus mean air mhean a’ tionndadh gu loidhne le leathad nonzero aig teòthachd èiginneach Tcp (Fig. 3a (mullach)). Tha e coltach gu bheil na lùban caractar IV uile a’ cuairteachadh timcheall puing anns an treas ceathramh. Bidh Voc ag àrdachadh bho luach àicheil gu luach dearbhach fhad ‘s a tha Isc a’ dol sìos bho luach dearbhach gu luach àicheil. Os cionn an teòthachd gluasaid superconducting tùsail Tc de YBCO, bidh an lùb IV ag atharrachadh gu eadar-dhealaichte le teòthachd (bonn Fig. 3a). An toiseach, bidh meadhan cuairteachaidh nan lùban IV a’ gluasad chun chiad cheathramh. San dàrna h-àite, tha Voc a 'cumail a' lùghdachadh agus Isc a 'meudachadh le teòthachd a' sìor fhàs (mullach Fig. 3b). San treas àite, bidh leathad nan lùban IV ag àrdachadh gu sreathach le teòthachd a’ leantainn gu co-èifeachd teòthachd adhartach airson YBCO (bonn Fig. 3b).
Teòthachd eisimeileachd air feartan photovoltaic airson siostam paste YBCO-Ag fo soillseachadh laser 502 mW / cm2.
Tha an ionad spot laser air a shuidheachadh timcheall air na electrodan catod (faic Fig. 1i). a, IV lùban air fhaighinn bho 50 gu 90 K (mullach) agus bho 100 gu 300 K (bonn) le àrdachadh teòthachd de 5 K agus 20 K, fa leth. Cuir a-steach taisbeanadh a’ sealltainn feartan IV aig grunn teodhachd ann an dorchadas. Bidh na lùban uile a’ dol thairis air a’ phuing tùsail. b, bholtadh cuairt fhosgailte Voc agus sruth cuairt ghoirid Isc (mullach) agus an aghaidh eadar-dhealaichte, dV/dI, de YBCO (bonn) mar ghnìomh teòthachd. Chan eil an teòthachd gluasaid superconducting superconducting Tcp air a thoirt seachad leis gu bheil e ro fhaisg air Tc0.
Faodar trì teodhachd èiginneach aithneachadh bho Fig. 3b: Tcp, os cionn sin bidh YBCO a’ fàs neo-ghiùlan; Tc0, aig am bi an dà chuid Voc agus Isc gu bhith neoni agus Tc, an teòthachd gluasaid superconducting tùsail aig YBCO às aonais irradachadh laser. Gu h-ìosal Tcp ~ 55 K, tha an YBCO le irradachadh leusair ann an staid superconducting le dùmhlachd coimeasach àrd de chàraidean Cooper. Is e buaidh irradachadh laser an teòthachd gluasaid superconducting an aghaidh neoni a lughdachadh bho 89 K gu ~ 55 K (bonn Fig. 3b) le bhith a’ lughdachadh dùmhlachd paidhir Cooper a bharrachd air a bhith a’ toirt a-mach bholtadh photovoltaic agus sruth. Bidh àrdachadh teòthachd cuideachd a 'briseadh sìos paidhrichean Cooper a' leantainn gu comas nas ìsle san eadar-aghaidh. Mar thoradh air an sin, fàsaidh luach iomlan Voc nas lugha, ged a thèid an aon dian de shoillseachadh laser a chuir an sàs. Bidh an comas eadar-aghaidh a’ fàs nas lugha agus nas lugha le àrdachadh a bharrachd ann an teòthachd agus a’ ruighinn neoni aig Tc0. Chan eil buaidh photovoltaic aig a’ phuing shònraichte seo leis nach eil raon a-staigh ann gus na paidhrichean toll-dealanach a tha air an togail le dealbh a sgaradh. Tha tionndadh polarity den chomas a’ tachairt os cionn na teodhachd èiginneach seo leis gu bheil an dùmhlachd cosgais an-asgaidh ann an Ag paste nas àirde na an ìre ann an YBCO a thèid a ghluasad air ais mean air mhean gu stuth seòrsa p. An seo tha sinn airson cuideam a chuir air gu bheil tionndadh polarity Voc agus Isc a ’tachairt dìreach às deidh an eadar-ghluasad superconducting an-aghaidh neoni, ge bith dè an adhbhar a tha an gluasad. Tha an amharc seo a’ nochdadh gu soilleir, airson a’ chiad uair, an co-dhàimh eadar superconductivity agus na buaidhean photovoltaic co-cheangailte ri comas eadar-aghaidh meatailt-superconductor. Tha nàdar a’ chomais seo thairis air an eadar-aghaidh meatailt superconductor-àbhaisteach air a bhith na fhòcas rannsachaidh airson grunn dheicheadan a dh’ fhalbh ach tha mòran cheistean fhathast a’ feitheamh ri freagairt. Faodaidh tomhas a’ bhuaidh photovoltaic a bhith na dhòigh èifeachdach air sgrùdadh a dhèanamh air mion-fhiosrachadh (leithid a neart agus polarity msaa) den chomas chudromach seo agus mar sin solas a thilgeil air a’ bhuaidh faisg air superconducting aig teòthachd àrd.
Tha àrdachadh eile ann an teòthachd bho Tc0 gu Tc a’ leantainn gu dùmhlachd nas lugha de chàraidean Cooper agus àrdachadh ann an comas eadar-aghaidh agus mar sin Voc. Aig Tc bidh dùmhlachd paidhir Cooper a’ fàs neoni agus tha an comas togail a-steach aig an eadar-aghaidh a’ ruighinn ìre as àirde, a’ leantainn gu Voc as àirde agus Isc as ìsle. Tha an àrdachadh luath de Voc agus Isc (luach iomlan) anns an raon teòthachd seo a’ freagairt ris a’ ghluasad superconducting a tha air a leudachadh bho ΔT ~ 3 K gu ~ 34 K le irradachadh laser de dhian 502 mW / cm2 (Fig. 3b). Anns na stàitean àbhaisteach os cionn Tc, bidh an bholtadh cuairteachaidh fosgailte Voc a’ dol sìos le teòthachd (mullach Fig. 3b), coltach ri giùlan sreathach Voc airson ceallan grèine àbhaisteach stèidhichte air cinn-rathaid pn31,32,33. Ged a tha an ìre atharrachaidh de Voc le teòthachd (−dVoc/dT), a tha gu mòr an urra ri dian laser, mòran nas lugha na ìre ceallan grèine àbhaisteach, tha an aon òrdugh meudachd aig co-èifeachd teòthachd Voc airson snaim YBCO-Ag. de na ceallan grèine. Bidh sruth aoidionachd snaim pn airson inneal cealla grèine àbhaisteach ag àrdachadh le àrdachadh ann an teòthachd, a’ leantainn gu lùghdachadh ann an Voc mar a bhios an teòthachd ag àrdachadh. Tha na lùban sreathach IV a chaidh fhaicinn airson an t-siostam Ag-superconductor seo, mar thoradh air a’ chomas eadar-aghaidh glè bheag agus san dàrna àite an ceangal cùl-ri-cùl den dà heterojunctions, ga dhèanamh duilich an sruth aoidionachd a dhearbhadh. Ach a dh’ aindeoin sin, tha e glè choltach gur e an aon eisimeileachd teòthachd a th’ ann an sruth aoidionachd a tha an urra ris a’ ghiùlan Voc a chaidh fhaicinn san deuchainn againn. A rèir a 'mhìneachaidh, is e Isc an sruth a dh' fheumar gus bholtadh àicheil a thoirt gu buil gus Voc a dhìoladh gus am bi an bholtadh iomlan neoni. Mar a bhios an teòthachd ag èirigh, bidh Voc a’ fàs nas lugha gus am bi feum air nas lugha de shruth gus an bholtadh àicheil a thoirt gu buil. A bharrachd air an sin, tha an aghaidh YBCO a 'meudachadh gu sreathach le teòthachd os cionn Tc (bonn Fig. 3b), a tha cuideachd a' cur ri luach iomlan nas lugha de Isc aig teòthachd àrd.
Mothaich gu bheil na toraidhean a chaidh a thoirt seachad ann am Figs 2,3 air am faighinn le bhith ag irradachadh laser aig an sgìre timcheall air electrodan catod. Chaidh tomhasan ath-aithris cuideachd le spot laser air a shuidheachadh aig anod agus chaidh feartan IV coltach ris agus togalaichean photovoltaic a choimhead ach a-mhàin gun deach polarity Voc agus Isc a thionndadh air ais sa chùis seo. Tha an dàta seo uile a’ leantainn gu uidheamachd airson a’ bhuaidh photovoltaic, a tha gu dlùth cheangailte ris an eadar-aghaidh superconductor-metal.
Ann an geàrr-chunntas, chaidh feartan IV de shiostam paste superconducting YBCO-Ag le laser a thomhas mar ghnìomhan teòthachd agus dian laser. Chaidh buaidh iongantach photovoltaic fhaicinn anns an raon teòthachd bho 50 gu 300 K. Thathas a’ faighinn a-mach gu bheil na feartan photovoltaic co-cheangailte gu làidir ri superconductivity ceirmeag YBCO. Bidh tionndadh polarity de Voc agus Isc a’ tachairt dìreach às deidh an superconducting air a bhrosnachadh le dealbh gu eadar-ghluasad neo-superconducting. Tha eisimeileachd teòthachd Voc agus Isc air a thomhas aig dian laser stèidhichte a’ nochdadh cuideachd tionndadh polarity sònraichte aig teòthachd èiginneach os cionn an tig an sampall an aghaidh. Le bhith a’ suidheachadh an spot leusair gu diofar phàirtean den t-sampall, tha sinn a’ sealltainn gu bheil comas dealain ann thairis air an eadar-aghaidh, a tha a’ toirt seachad an fheachd dealachaidh airson na paidhrichean toll-dealanach a tha air an togail le dealbh. Bidh an comas eadar-aghaidh seo a’ stiùireadh bho YBCO chun an dealan-mheatailt nuair a tha YBCO a’ dèanamh superconducting agus a’ tionndadh chun taobh eile nuair a thig an sampall gu bhith neo-ghiùlain. Is dòcha gu bheil tùs a’ chomais co-cheangailte gu nàdarra ris a’ bhuaidh faisg air eadar-aghaidh meatailt-superconductor nuair a tha YBCO a’ dèanamh superconducting agus thathar a’ meas gu bheil e ~ 10 - 8 mV aig 50 K le dian laser de 502 mW / cm2. Cuir fios gu stuth seòrsa p YBCO aig staid àbhaisteach le stuth seòrsa n Tha Ag-paste a’ cruthachadh snaim quasi-pn a tha an urra ri giùlan photovoltaic ceirmeag YBCO aig teòthachd àrd. Bidh na beachdan gu h-àrd a’ tilgeil solas air a’ bhuaidh PV ann an àrd-teòthachd superconducting ceirmeag YBCO agus a’ fuasgladh na slighe gu tagraidhean ùra ann an innealan optoelectronic leithid lorgaire solais fulangach luath agus lorgaire photon singilte.
Chaidh na deuchainnean buaidh photovoltaic a dhèanamh air sampall ceirmeag YBCO de thiugh 0.52 mm agus cumadh ceart-cheàrnach 8.64 × 2.26 mm2 agus air a shoilleireachadh le tonn leantainneach gorm-laser (λ = 450 nm) le meud spot laser de 1.25 mm ann an radius. Le bhith a’ cleachdadh mòr-chuid seach sampall film tana leigidh sin leinn sgrùdadh a dhèanamh air feartan photovoltaic an superconductor gun a bhith a’ dèiligeadh ri buaidh iom-fhillte an t-substrate6,7. A bharrachd air an sin, dh ’fhaodadh a’ mhòr-chuid de stuthan a bhith cuideachail airson a phròiseas ullachaidh sìmplidh agus cosgais gu math ìosal. Tha na uèirichean luaidhe copair air an co-thaobhadh air sampall YBCO le pasgan airgid a’ cruthachadh ceithir dealanan cruinn timcheall air 1 mm ann an trast-thomhas. Tha an astar eadar an dà bholtaids dealain mu 5 mm. Chaidh feartan IV an t-sampall a thomhas a’ cleachdadh an magnetometer sampall crathaidh (VersaLab, Quantum Design) le uinneag criostail quartz. Chaidh modh àbhaisteach ceithir-uèir a chleachdadh gus na cromagan IV fhaighinn. Tha suidheachadh coimeasach nan dealanan agus an spot laser air an sealltainn ann am Fig. 1i.
Mar a bheir thu luaidh air an artaigil seo: Yang, F. et al. Tùs buaidh photovoltaic ann an superconducting ceirmeag YBa2Cu3O6.96. Sci. Rep 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR bholtaids toirmisgte le laser ann an YBa2Cu3O7 . Fis. An t-Urr. B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Tùs a’ chomharra neo-riaghailteach photovoltaic ann an Y-Ba-Cu-O. Fis. An t-Urr. B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Tomhas bholtachd laser-brosnaichte de superconducting Bi-Sr-Ca-Cu-O. Fis. An t-Urr B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Bholtaids gluasadach air an adhbhrachadh le laser ann am filmichean teòthachd seòmar de YBa2Cu3O7-x . J. Appl. Fis. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Freagairt neo-riaghailteach photovoltaic ann an YBa2Cu3O7 . Fis. An t-Urr. B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. In-stealladh giùlan toll le dealbhan gu YBa2Cu3O7−x ann an heterostructure ogsaid. Appl. Fis. Leig. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Sgrùdadh photoemission de fhilmichean tana YBa2Cu3Oy fo shoillseachadh aotrom. Fis. An t-Urr. Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Buaidh photovoltaic de YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 : Nb heterojunction annealed ann an diofar cuideam pàirt ocsaidean. Màthair. Leig. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. Structar dà-bheàrn ann an criostalan singilte Yb (Y) Ba2Cu3O7-x. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Quasiparticle fois a ghabhail ann an superconductors le diofar structaran beàrn: Teòiridh agus deuchainnean air YBa2Cu3O7-δ. Fis. An t-Urr. B 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG A’ ceartachadh feartan an YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction. Appl. Fis. Leig. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Absorption excitonic agus superconductivity ann an YBa2Cu3O7-δ. Fis. An t-Urr. Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Gluasad fotoinduced thar-ghluasadach ann an criostalan singilte semiconducting de YBa2Cu3O6.3: lorg staid meatailteach photoinduced agus airson superconductivity photoinduced. Comann Stàite Soladach. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Tunneling modail den bhuaidh superconducting faisg air làimh. Fis. An t-Urr 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Buaidh faisg air giùlan superconducting air a sgrùdadh air sgèile faid mesoscopic. Fis. An t-Urr. Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Buaidh faisg air superconductors noncentrosymmetric. Fis. An t-Urr B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Buaidh faisg air superconducting làidir ann an structaran tar-chinealach Pb-Bi2Te3. Sci. Rep. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Photocell snaim pn silicon ùr airson rèididheachd grèine a thionndadh gu cumhachd dealain. J. App. Fis. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Buaidh neo-dhìomhaireachd air an fhad co-leanailteachd superconducting ann an criostalan singilte Zn- no Ni-doped YBa2Cu3O6.9. Fis. An t-Urr. B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance de Untwinned YBa2Cu3Oy criostalan singilte ann an raon farsaing de dopadh: neo-riaghailteach toll-doping eisimeileachd air an fhad co-leanailteachd. Fis. An t-Urr. Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Systematics ann an cumhachd thermoelectric de àrd-T, ocsaidean. Fis. An t-Urr. B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Gluasad momentum giùlan-dùmhlachd den stùc ciallach agus modh phonon LO ann an superconductors àrd-Tc seòrsa p. Fis. An t-Urr B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Lùghdachadh tuill agus cruinneachadh dealanan ann am filmichean tana YBa2Cu3Oy a’ cleachdadh innleachd electrochemical: Fianais airson staid mheatailt n-seòrsa. Fis. An t-Urr B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Fiosaigs agus ceimigeachd àirde cnap-starra Schottky. Appl. Fis. Leig. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Buaidhean Briseadh Paidhir Taobh a-muigh Dynamic ann am Filmichean Superconducting. Fis. An t-Urr. Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Àrdachadh superconductivity air a bhrosnachadh le photo. Appl. Fis. Leig. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Photoconductivity seasmhach ann am filmichean YBa2Cu3O6 + x mar dhòigh air dealbhan-camara a dh’ ionnsaigh ìrean meatailteach agus superconducting. Fis. An t-Urr. B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowski, R. et al. Dynamics lattice neo-loidhneach mar bhunait airson superconductivity leasaichte ann an YBa2Cu3O6.5 . Nàdar 516, 71–74 (2014).
Fausti, D. et al. Superconductivity air a bhrosnachadh le solas ann an cuprate òrdugh stripe. Saidheans 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA An eisimeil gnìomh teòthachd aig VOC airson cealla grèine a thaobh an dòigh-obrach ùr èifeachdais aige. Dì-mhilleadh 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Buaidh teòthachd ann an ceallan grèine silicon bacaidh Schottky. Appl. Fis. Leig. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Teòthachd an eisimeil airson paramadairean inneal photovoltaic de cheallan grèine polymer-fullerene fo chumhachan obrachaidh. J. Appl. Fis. 90, 5343–5350 (2002).
Tha an obair seo air taic fhaighinn bho Bhunait Nàiseanta Saidheans Nàdarra Shìona (Tabhartas Àireamh 60571063), Pròiseactan Rannsachaidh Bunasach Roinn Henan, Sìona (Tabhartas Àireamh 122300410231).
Sgrìobh FY teacsa a’ phàipeir agus dh’ullaich MYH sampall ceirmeag YBCO. Rinn FY agus MYH an deuchainn agus rinn iad mion-sgrùdadh air na toraidhean. Stiùir FGC am pròiseact agus mìneachadh saidheansail an dàta. Rinn na h-ùghdaran uile ath-sgrùdadh air an làmh-sgrìobhainn.
Tha an obair seo le cead fo cheadachas eadar-nàiseanta Creative Commons Attribution 4.0. Tha na h-ìomhaighean no stuthan treas-phàrtaidh eile san artaigil seo air an gabhail a-steach ann an cead Creative Commons an artaigil, mura h-eilear ag innse a chaochladh san loidhne chreideis; mura h-eil an stuth air a ghabhail a-steach fo chead Creative Commons, feumaidh luchd-cleachdaidh cead fhaighinn bho neach-gleidhidh a’ cheadachais airson an stuth ath-riochdachadh. Gus leth-bhreac den cheadachas seo fhaicinn, tadhail air http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Tùs buaidh photovoltaic ann an superconducting ceirmeag YBa2Cu3O6.96. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Le bhith a’ cur a-steach beachd tha thu ag aontachadh cumail ris na Cumhachan is Stiùireadh Coimhearsnachd againn. Ma lorgas tu rudeigin maslach no nach eil a’ gèilleadh ris na cumhachan no an stiùireadh againn feuch an cuir thu a-mach e mar rud neo-iomchaidh.
Ùine puist: Giblean-22-2020