nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે CSS માટે મર્યાદિત સમર્થન સાથે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો. શ્રેષ્ઠ અનુભવ મેળવવા માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે વધુ અદ્યતન બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડ બંધ કરો). આ દરમિયાન, સતત સમર્થન સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટ પ્રદર્શિત કરી રહ્યા છીએ.
અમે YBa2Cu3O6.96 (YBCO) સિરામિકમાં 50 અને 300 K વચ્ચેની નોંધપાત્ર ફોટોવોલ્ટેઇક અસરની જાણ કરીએ છીએ જે બ્લુ-લેસર ઇલ્યુમિનેશન દ્વારા પ્રેરિત છે, જે YBCO અને YBCO-મેટાલિક ઇલેક્ટ્રોડ ઇન્ટરફેસની સુપરકન્ડક્ટિવિટી સાથે સીધી રીતે સંબંધિત છે. ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc અને શોર્ટ સર્કિટ કરંટ Isc માટે પોલેરિટી રિવર્સલ છે જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગથી રેઝિસ્ટિવ સ્ટેટમાં સંક્રમણમાંથી પસાર થાય છે. અમે બતાવીએ છીએ કે સુપરકન્ડક્ટર-સામાન્ય મેટલ ઇન્ટરફેસમાં વિદ્યુત સંભવિત અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે ફોટો-પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડી માટે વિભાજન બળ પ્રદાન કરે છે. આ ઇન્ટરફેસ સંભવિત YBCO થી મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ નિર્દેશિત કરે છે જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય છે અને જ્યારે YBCO નોન-સુપરકન્ડક્ટિંગ બને છે ત્યારે વિરુદ્ધ દિશામાં સ્વિચ કરે છે. જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય અને તેની કિંમત 502 mW/cm2 ની લેસર તીવ્રતા સાથે 50 K પર ~10–8 mV હોવાનો અંદાજ છે ત્યારે મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસ પર સંભવિતતાની ઉત્પત્તિ સહેલાઈથી સંકળાયેલી હોઈ શકે છે. n-ટાઈપ મટીરીયલ એજી-પેસ્ટ સાથે સામાન્ય સ્થિતિમાં પી-ટાઈપ મટીરીયલ YBCOનું મિશ્રણ અર્ધ-pn જંકશન બનાવે છે જે ઊંચા તાપમાને YBCO સિરામિક્સના ફોટોવોલ્ટેઈક વર્તન માટે જવાબદાર છે. અમારા તારણો ફોટોન-ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના નવા કાર્યક્રમોનો માર્ગ મોકળો કરી શકે છે અને સુપરકન્ડક્ટર-મેટલ ઈન્ટરફેસ પર નિકટતાની અસર પર વધુ પ્રકાશ પાડી શકે છે.
ઉચ્ચ તાપમાનના સુપરકન્ડક્ટર્સમાં ફોટો-પ્રેરિત વોલ્ટેજની જાણ 1990 ના દાયકાની શરૂઆતમાં કરવામાં આવી છે અને ત્યારથી તેની વ્યાપક તપાસ કરવામાં આવી છે, તેમ છતાં તેની પ્રકૃતિ અને પદ્ધતિ 1,2,3,4,5 અવ્યવસ્થિત છે. YBa2Cu3O7-δ (YBCO) પાતળી ફિલ્મો 6,7,8, ખાસ કરીને, તેના એડજસ્ટેબલ એનર્જી ગેપ9,10,11,12,13ને કારણે ફોટોવોલ્ટેઇક (PV) સેલના સ્વરૂપમાં સઘન અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. જો કે, સબસ્ટ્રેટનો ઉચ્ચ પ્રતિકાર હંમેશા ઉપકરણની નીચી રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા તરફ દોરી જાય છે અને YBCO8 ના પ્રાથમિક PV ગુણધર્મોને માસ્ક કરે છે. અહીં અમે YBa2Cu3O6.96 (YBCO) સિરામિકમાં 50 અને 300 K (Tc ~ 90 K) વચ્ચે બ્લુ-લેસર (λ = 450 nm) પ્રકાશ દ્વારા પ્રેરિત નોંધપાત્ર ફોટોવોલ્ટેઇક અસરની જાણ કરીએ છીએ. અમે બતાવીએ છીએ કે PV અસર સીધી YBCO ની સુપરકન્ડક્ટિવિટી અને YBCO-મેટાલિક ઇલેક્ટ્રોડ ઇન્ટરફેસની પ્રકૃતિ સાથે સંબંધિત છે. ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc અને શોર્ટ સર્કિટ કરંટ Isc માટે પોલેરિટી રિવર્સલ છે જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ તબક્કામાંથી પ્રતિરોધક સ્થિતિમાં સંક્રમણમાંથી પસાર થાય છે. એવી દરખાસ્ત કરવામાં આવે છે કે સુપરકન્ડક્ટર-સામાન્ય મેટલ ઇન્ટરફેસમાં વિદ્યુત સંભવિત અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે ફોટો-પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડી માટે વિભાજન બળ પ્રદાન કરે છે. આ ઇન્ટરફેસ સંભવિત YBCO થી મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ નિર્દેશિત કરે છે જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય છે અને જ્યારે નમૂના બિન-સુપરકન્ડક્ટિંગ બને છે ત્યારે વિરુદ્ધ દિશામાં સ્વિચ કરે છે. જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય ત્યારે મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસ પર સંભવિતતાની ઉત્પત્તિ કુદરતી રીતે નિકટતાની અસર સાથે સંકળાયેલ હોઈ શકે છે અને તેનું મૂલ્ય 502 mW ની લેસર તીવ્રતા સાથે 50 K પર ~10−8 mV હોવાનો અંદાજ છે. /cm2. સામાન્ય સ્થિતિમાં p-પ્રકારની સામગ્રી YBCO નું સંયોજન n-પ્રકારની સામગ્રી Ag-પેસ્ટ સ્વરૂપો સાથે, મોટે ભાગે, એક અર્ધ-pn જંકશન જે ઊંચા તાપમાને YBCO સિરામિક્સના PV વર્તન માટે જવાબદાર છે. અમારા અવલોકનો ઉચ્ચ તાપમાનના સુપરકન્ડક્ટિંગ YBCO સિરામિક્સમાં PV અસરની ઉત્પત્તિ પર વધુ પ્રકાશ પાડે છે અને ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો જેમ કે ઝડપી નિષ્ક્રિય પ્રકાશ ડિટેક્ટર વગેરેમાં તેના ઉપયોગ માટે માર્ગ મોકળો કરે છે.
આકૃતિ 1a–c બતાવે છે કે YBCO સિરામિક નમૂનાની IV લાક્ષણિકતાઓ 50 K પર છે. પ્રકાશ પ્રકાશ વિના, સમગ્ર નમૂનામાં વોલ્ટેજ બદલાતા પ્રવાહ સાથે શૂન્ય પર રહે છે, જેમ કે સુપરકન્ડક્ટિંગ સામગ્રીમાંથી અપેક્ષા રાખી શકાય છે. સ્પષ્ટ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર દેખાય છે જ્યારે લેસર બીમ કેથોડ પર નિર્દેશિત થાય છે (ફિગ. 1a): I-અક્ષની સમાંતર IV વળાંક લેસરની તીવ્રતામાં વધારો સાથે નીચે તરફ ખસે છે. તે સ્પષ્ટ છે કે કોઈપણ વર્તમાન વિના પણ નકારાત્મક ફોટો-પ્રેરિત વોલ્ટેજ છે (ઘણી વખત ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc કહેવાય છે). IV વળાંકનો શૂન્ય ઢોળાવ સૂચવે છે કે નમૂના હજુ પણ લેસર પ્રકાશ હેઠળ સુપરકન્ડક્ટિંગ છે.
(a–c) અને 300 K (e–g). V(I) ના મૂલ્યો શૂન્યાવકાશમાં −10 mA થી +10 mA સુધી પ્રવાહને સ્વીપ કરીને મેળવવામાં આવ્યા હતા. સ્પષ્ટતા ખાતર પ્રાયોગિક ડેટાનો માત્ર એક ભાગ રજૂ કરવામાં આવ્યો છે. a, YBCO ની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓ કેથોડ (i) પર સ્થિત લેસર સ્પોટ સાથે માપવામાં આવે છે. બધા IV વળાંકો આડી સીધી રેખાઓ છે જે દર્શાવે છે કે નમૂના હજુ પણ લેસર ઇરેડિયેશન સાથે સુપરકન્ડક્ટિંગ છે. વળાંક વધતી લેસરની તીવ્રતા સાથે નીચે જાય છે, જે દર્શાવે છે કે બે વોલ્ટેજ લીડ વચ્ચે શૂન્ય પ્રવાહ સાથે પણ નકારાત્મક સંભવિત (Voc) અસ્તિત્વ ધરાવે છે. જ્યારે લેસરને નમૂનાના કેન્દ્રમાં ઈથર 50 K (b) અથવા 300 K (f) પર નિર્દેશિત કરવામાં આવે ત્યારે IV વળાંકો યથાવત રહે છે. જ્યારે એનોડ પ્રકાશિત થાય છે તેમ આડી રેખા ઉપર જાય છે (c). 50 K પર મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર જંકશનનું યોજનાકીય મોડેલ d માં બતાવવામાં આવ્યું છે. કેથોડ અને એનોડ પર નિર્દેશિત લેસર બીમ વડે માપવામાં આવેલ 300 K પર સામાન્ય સ્થિતિ YBCO ની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓ અનુક્રમે e અને g માં આપવામાં આવી છે. 50 K પરના પરિણામોથી વિપરીત, સીધી રેખાઓનો બિન-શૂન્ય ઢોળાવ સૂચવે છે કે YBCO સામાન્ય સ્થિતિમાં છે; Voc ના મૂલ્યો વિપરીત દિશામાં પ્રકાશની તીવ્રતા સાથે બદલાય છે, જે અલગ ચાર્જ અલગ કરવાની પદ્ધતિ દર્શાવે છે. 300 K પર સંભવિત ઇન્ટરફેસ માળખું hj માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે લીડ્સ સાથેના નમૂનાનું વાસ્તવિક ચિત્ર.
સુપરકન્ડક્ટીંગ અવસ્થામાં ઓક્સિજન-સમૃદ્ધ YBCO તેના ખૂબ જ નાના ઉર્જા અંતર (દા.ત.) 9,10ને કારણે સૂર્યપ્રકાશના લગભગ સંપૂર્ણ સ્પેક્ટ્રમને શોષી શકે છે, જેનાથી ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીઓ (e–h) બનાવે છે. ફોટોનનું શોષણ કરીને ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc ઉત્પન્ન કરવા માટે, પુનઃસંયોજન થાય તે પહેલાં ફોટો-જનરેટેડ eh જોડીઓને અવકાશી રીતે અલગ કરવી જરૂરી છે18. આકૃતિ 1i માં દર્શાવેલ કેથોડ અને એનોડની સાપેક્ષ નકારાત્મક Voc સૂચવે છે કે મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસમાં વિદ્યુત સંભવિત અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે ઇલેક્ટ્રોનને એનોડ સુધી અને કેથોડમાં છિદ્રોને સ્વીપ કરે છે. જો આ કિસ્સો હોય, તો એનોડ પર સુપરકન્ડક્ટરથી મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ સંભવિત પોઇન્ટિંગ પણ હોવું જોઈએ. પરિણામે, જો એનોડની નજીકના નમૂના વિસ્તારને પ્રકાશિત કરવામાં આવે તો હકારાત્મક Voc પ્રાપ્ત થશે. વધુમાં, જ્યારે લેસર સ્પોટ ઇલેક્ટ્રોડથી દૂરના વિસ્તારો તરફ નિર્દેશિત કરવામાં આવે ત્યારે ફોટો-પ્રેરિત વોલ્ટેજ ન હોવા જોઈએ. ફિગ. 1b,c!માંથી જોઈ શકાય છે તે ચોક્કસપણે કેસ છે.
જ્યારે લાઇટ સ્પોટ કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડથી નમૂનાના કેન્દ્રમાં જાય છે (ઇન્ટરફેસથી લગભગ 1.25 mm દૂર), ત્યારે IV વળાંકોમાં કોઈ ભિન્નતા નથી અને ઉપલબ્ધ મહત્તમ મૂલ્ય સુધી લેસરની તીવ્રતા વધારવા સાથે કોઈ Voc જોઈ શકાતું નથી (ફિગ. 1b) . સ્વાભાવિક રીતે, આ પરિણામ ફોટો-પ્રેરિત વાહકોના મર્યાદિત જીવનકાળ અને નમૂનામાં અલગતા બળના અભાવને આભારી હોઈ શકે છે. જ્યારે પણ નમૂના પ્રકાશિત થાય છે ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડી બનાવી શકાય છે, પરંતુ મોટાભાગની e–h જોડીઓ નાશ પામશે અને જો લેસર સ્પોટ કોઈપણ ઇલેક્ટ્રોડથી દૂરના વિસ્તારોમાં પડે તો ફોટોવોલ્ટેઇક અસર જોવા મળતી નથી. લેસર સ્પોટને એનોડ ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર ખસેડીને, I-અક્ષની સમાંતર IV વળાંકો લેસરની તીવ્રતા (ફિગ. 1c) સાથે ઉપર તરફ ખસે છે. એનોડ પર મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર જંકશનમાં સમાન બિલ્ટ-ઇન વિદ્યુત ક્ષેત્ર અસ્તિત્વમાં છે. જો કે, આ વખતે મેટાલિક ઇલેક્ટ્રોડ ટેસ્ટ સિસ્ટમની પોઝિટિવ લીડ સાથે જોડાય છે. લેસર દ્વારા ઉત્પાદિત છિદ્રોને એનોડ લીડ તરફ ધકેલવામાં આવે છે અને આમ હકારાત્મક Voc જોવા મળે છે. અહીં પ્રસ્તુત પરિણામો મજબૂત પુરાવા પૂરા પાડે છે કે સુપરકન્ડક્ટરથી મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ નિર્દેશ કરતું ઇન્ટરફેસ સંભવિત છે.
YBa2Cu3O6.96 સિરામિક્સમાં 300 K પર ફોટોવોલ્ટેઇક અસર ફિગ 1e–g માં બતાવવામાં આવી છે. પ્રકાશ પ્રકાશ વિના, નમૂનાનો IV વળાંક એ મૂળને પાર કરતી સીધી રેખા છે. કેથોડ લીડ્સ (ફિગ. 1e) પર વધતી લેસર તીવ્રતા સાથે આ સીધી રેખા મૂળની સમાંતર ઉપરની તરફ જાય છે. ફોટોવોલ્ટેઇક ઉપકરણ માટે રસના બે મર્યાદિત કિસ્સાઓ છે. શોર્ટ-સર્કિટ સ્થિતિ ત્યારે થાય છે જ્યારે V = 0. આ કિસ્સામાં વર્તમાનને શોર્ટ સર્કિટ કરંટ (Isc) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. બીજો મર્યાદિત કેસ ઓપન-સર્કિટ કન્ડિશન (Voc) છે જે ત્યારે થાય છે જ્યારે R→∞ અથવા વર્તમાન શૂન્ય હોય. આકૃતિ 1e સ્પષ્ટપણે બતાવે છે કે Voc હકારાત્મક છે અને 50 K પર મેળવેલા પરિણામથી વિપરીત પ્રકાશની તીવ્રતામાં વધારો થાય છે; જ્યારે નકારાત્મક Isc પ્રકાશના પ્રકાશ સાથે તીવ્રતામાં વધારો જોવા મળે છે, જે સામાન્ય સૌર કોષોની લાક્ષણિક વર્તણૂક છે.
એ જ રીતે, જ્યારે લેસર બીમ ઇલેક્ટ્રોડથી દૂરના વિસ્તારો પર નિર્દેશિત થાય છે, ત્યારે V(I) વળાંક લેસરની તીવ્રતાથી સ્વતંત્ર હોય છે અને ત્યાં કોઈ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર દેખાતી નથી (ફિગ. 1f). 50 K પરના માપની જેમ, IV વળાંકો વિરુદ્ધ દિશામાં જાય છે કારણ કે એનોડ ઇલેક્ટ્રોડ ઇરેડિયેટ થાય છે (ફિગ. 1g). આ YBCO-Ag પેસ્ટ સિસ્ટમ માટે નમૂનાના વિવિધ સ્થાનો પર ઇરેડિયેટેડ લેસર સાથે 300 K પર મેળવેલા આ બધા પરિણામો 50 K પર અવલોકન કરાયેલા ઇન્ટરફેસ સંભવિત સાથે સુસંગત છે.
કૂપર જોડીમાં મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોન તેના સંક્રમણ તાપમાન Tc ની નીચે સુપરકન્ડક્ટિંગ YBCO માં ઘટ્ટ થાય છે. મેટલ ઇલેક્ટ્રોડમાં, બધા ઇલેક્ટ્રોન એકવચન સ્વરૂપમાં રહે છે. મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસની નજીકમાં એકવચન ઇલેક્ટ્રોન અને કૂપર જોડી બંને માટે એક વિશાળ ઘનતા ઢાળ છે. ધાતુની સામગ્રીમાં બહુમતી-વાહક એકવચન ઇલેક્ટ્રોન સુપરકન્ડક્ટર પ્રદેશમાં ફેલાય છે, જ્યારે YBCO પ્રદેશમાં બહુમતી-વાહક કૂપર-જોડીઓ ધાતુના પ્રદેશમાં ફેલાય છે. કૂપર જોડી વધુ ચાર્જ વહન કરતી અને YBCO માંથી ધાતુના પ્રદેશમાં એકવચન ઇલેક્ટ્રોન કરતાં વધુ ગતિશીલતા ધરાવતી હોવાથી, હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા અણુઓ પાછળ રહી જાય છે, પરિણામે સ્પેસ ચાર્જ પ્રદેશમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર આવે છે. આ વિદ્યુત ક્ષેત્રની દિશા યોજનાકીય રેખાકૃતિ ફિગ 1d માં બતાવવામાં આવી છે. સ્પેસ ચાર્જ ક્ષેત્રની નજીકની ઘટના ફોટોન રોશની એહ જોડી બનાવી શકે છે જે અલગ થઈ જશે અને રિવર્સ-બાયસ દિશામાં ફોટોકરન્ટ ઉત્પન્ન કરશે. જલદી ઇલેક્ટ્રોન બિલ્ડ-ઇન ઇલેક્ટ્રિકલ ફિલ્ડમાંથી બહાર નીકળે છે, તે જોડીમાં ઘનીકરણ થાય છે અને પ્રતિકાર વિના અન્ય ઇલેક્ટ્રોડમાં વહે છે. આ કિસ્સામાં, Voc પૂર્વ-સેટ ધ્રુવીયતાની વિરુદ્ધ છે અને જ્યારે લેસર બીમ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની આસપાસના વિસ્તાર તરફ નિર્દેશ કરે છે ત્યારે તે નકારાત્મક મૂલ્ય દર્શાવે છે. Voc ના મૂલ્ય પરથી, સમગ્ર ઈન્ટરફેસની સંભવિતતાનો અંદાજ લગાવી શકાય છે: બે વોલ્ટેજ લીડ્સ d વચ્ચેનું અંતર ~5 × 10−3 m છે, મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઈન્ટરફેસની જાડાઈ, di, તીવ્રતાના સમાન ક્રમમાં હોવી જોઈએ. YBCO સુપરકન્ડક્ટર (~1 nm)19,20 ની સુસંગત લંબાઈ તરીકે, Voc = 0.03 mV નું મૂલ્ય લો, સંભવિત મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસ પર Vms નું મૂલ્યાંકન ~10−11 V 50 K પર 502 mW/cm2 ની લેસર તીવ્રતા સાથે સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે,
અમે અહીં ભારપૂર્વક કહેવા માંગીએ છીએ કે ફોટો-પ્રેરિત વોલ્ટેજ ફોટો થર્મલ અસર દ્વારા સમજાવી શકાતું નથી. તે પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે સુપરકન્ડક્ટર YBCO નો સીબેક ગુણાંક Ss = 021 છે. કોપર લીડ વાયર માટે સીબેક ગુણાંક SCu = 0.34–1.15 μV/K3 ની શ્રેણીમાં છે. લેસર સ્પોટ પર કોપર વાયરનું તાપમાન 50 K પર ઉપલબ્ધ મહત્તમ લેસર તીવ્રતા સાથે 0.06 K ની નાની માત્રામાં વધારી શકાય છે. આ 6.9 × 10−8 V ની થર્મોઇલેક્ટ્રિક સંભવિત પેદા કરી શકે છે જે ત્રણ ઓર્ડરની તીવ્રતા કરતાં નાની છે. ફિગ 1 (a) માં મેળવેલ Voc. તે સ્પષ્ટ છે કે પ્રાયોગિક પરિણામોને સમજાવવા માટે થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર ખૂબ નાની છે. વાસ્તવમાં, લેસર ઇરેડિયેશનને કારણે તાપમાનમાં ફેરફાર એક મિનિટ કરતાં ઓછા સમયમાં અદૃશ્ય થઈ જશે જેથી થર્મલ ઇફેક્ટના યોગદાનને સુરક્ષિત રીતે અવગણી શકાય.
ઓરડાના તાપમાને YBCO ની આ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર દર્શાવે છે કે અહીં એક અલગ ચાર્જ અલગ કરવાની પદ્ધતિ સામેલ છે. સામાન્ય સ્થિતિમાં સુપરકન્ડક્ટિંગ YBCO એ ચાર્જ કેરિયર 22,23 તરીકે છિદ્રો સાથેનું p-પ્રકારનું મટિરિયલ છે, જ્યારે મેટાલિક એજી-પેસ્ટમાં n-પ્રકારની સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓ છે. pn જંકશનની જેમ જ, સિલ્વર પેસ્ટમાં ઇલેક્ટ્રોનનું પ્રસરણ અને YBCO સિરામિકમાં છિદ્રો ઇન્ટરફેસ પર YBCO સિરામિક તરફ નિર્દેશ કરતું આંતરિક વિદ્યુત ક્ષેત્ર બનાવશે (ફિગ. 1h). આ આંતરિક ક્ષેત્ર છે જે વિભાજન બળ પ્રદાન કરે છે અને ઓરડાના તાપમાને YBCO-Ag પેસ્ટ સિસ્ટમ માટે હકારાત્મક Voc અને નકારાત્મક Isc તરફ દોરી જાય છે, જેમ કે આકૃતિ 1e માં બતાવ્યા પ્રમાણે. વૈકલ્પિક રીતે, Ag-YBCO એક p-ટાઈપ સ્કોટકી જંકશન બનાવી શકે છે જે ઉપરોક્ત 24 પ્રસ્તુત મોડેલની જેમ સમાન ધ્રુવીયતા સાથે ઈન્ટરફેસ સંભવિત તરફ દોરી જાય છે.
YBCO ના સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ દરમિયાન ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મોની વિગતવાર ઉત્ક્રાંતિ પ્રક્રિયાની તપાસ કરવા માટે, 80 K પર નમૂનાના IV વળાંકોને કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડ (ફિગ. 2) પર પ્રકાશિત થતી પસંદ કરેલ લેસર તીવ્રતા સાથે માપવામાં આવ્યા હતા. લેસર ઇરેડિયેશન વિના, સમગ્ર નમૂનામાં વોલ્ટેજ વર્તમાનને ધ્યાનમાં લીધા વિના શૂન્ય પર રહે છે, જે 80 K (ફિગ. 2a) પર નમૂનાની સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિ દર્શાવે છે. 50 K પર મેળવેલા ડેટાની જેમ જ, I-અક્ષની સમાંતર IV વળાંકો જ્યાં સુધી નિર્ણાયક મૂલ્ય Pc સુધી પહોંચી ન જાય ત્યાં સુધી લેસરની તીવ્રતા સાથે નીચે તરફ ખસે છે. આ નિર્ણાયક લેસર ઇન્ટેન્સિટી (પીસી) ઉપર, સુપરકન્ડક્ટર સુપરકન્ડક્ટિંગ તબક્કામાંથી પ્રતિરોધક તબક્કામાં સંક્રમણમાંથી પસાર થાય છે; સુપરકન્ડક્ટરમાં પ્રતિકારના દેખાવને કારણે વર્તમાન સાથે વોલ્ટેજ વધવા લાગે છે. પરિણામે, IV વળાંક I-અક્ષ અને V-અક્ષ સાથે છેદવાનું શરૂ કરે છે જે પ્રથમ નકારાત્મક Voc અને હકારાત્મક Isc તરફ દોરી જાય છે. હવે નમૂના એક વિશિષ્ટ સ્થિતિમાં હોય તેવું લાગે છે જેમાં Voc અને Isc ની ધ્રુવીયતા પ્રકાશની તીવ્રતા માટે અત્યંત સંવેદનશીલ છે; પ્રકાશની તીવ્રતામાં ખૂબ જ ઓછા વધારા સાથે Isc પોઝિટિવમાંથી નેગેટિવમાં અને Voc ને ઋણમાંથી સકારાત્મક મૂલ્યમાં રૂપાંતરિત થાય છે, મૂળમાંથી પસાર થાય છે (ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મોની ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા, ખાસ કરીને Isc નું મૂલ્ય, પ્રકાશ પ્રકાશમાં વધુ સ્પષ્ટ રીતે જોઈ શકાય છે. 2b). ઉપલબ્ધ ઉચ્ચતમ લેસર તીવ્રતા પર, IV વળાંકો એકબીજા સાથે સમાંતર હોવાનો ઇરાદો ધરાવે છે, જે YBCO નમૂનાની સામાન્ય સ્થિતિ દર્શાવે છે.
લેસર સ્પોટ સેન્ટર કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડ્સની આસપાસ સ્થિત છે (ફિગ. 1i જુઓ). a, YBCO ના IV વણાંકો વિવિધ લેસર તીવ્રતા સાથે ઇરેડિયેટેડ છે. b (ટોચ), ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc અને શોર્ટ સર્કિટ વર્તમાન Isc ની લેસર તીવ્રતા અવલંબન. Isc મૂલ્યો ઓછી પ્રકાશની તીવ્રતા (< 110 mW/cm2) પર મેળવી શકાતા નથી કારણ કે જ્યારે નમૂના સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાં હોય ત્યારે IV વણાંકો I-અક્ષની સમાંતર હોય છે. b (નીચે), લેસર તીવ્રતાના કાર્ય તરીકે વિભેદક પ્રતિકાર.
80 K પર Voc અને Isc ની લેસર તીવ્રતા અવલંબન ફિગ. 2b (ટોચ) માં બતાવવામાં આવી છે. પ્રકાશની તીવ્રતાના ત્રણ ક્ષેત્રોમાં ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મોની ચર્ચા કરી શકાય છે. પ્રથમ ક્ષેત્ર 0 અને Pc ની વચ્ચે છે, જેમાં YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ છે, Voc નકારાત્મક છે અને પ્રકાશની તીવ્રતા સાથે ઘટે છે (સંપૂર્ણ મૂલ્ય વધે છે) અને Pc પર ન્યૂનતમ પહોંચે છે. બીજો પ્રદેશ Pc થી બીજી જટિલ તીવ્રતા P0 સુધીનો છે, જેમાં Voc વધે છે જ્યારે Isc વધતી જતી પ્રકાશની તીવ્રતા સાથે ઘટે છે અને બંને P0 પર શૂન્ય સુધી પહોંચે છે. YBCO ની સામાન્ય સ્થિતિ ન આવે ત્યાં સુધી ત્રીજો પ્રદેશ P0 થી ઉપર છે. જો કે Voc અને Isc બંને પ્રકાશની તીવ્રતા સાથે પ્રદેશ 2 ની જેમ જ અલગ અલગ હોય છે, તેમ છતાં તેઓ નિર્ણાયક તીવ્રતા P0 કરતા વિરુદ્ધ ધ્રુવીયતા ધરાવે છે. P0 નું મહત્વ એમાં રહેલું છે કે ત્યાં કોઈ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર નથી અને આ ચોક્કસ બિંદુએ ચાર્જ અલગ કરવાની પદ્ધતિ ગુણાત્મક રીતે બદલાય છે. YBCO નમૂના પ્રકાશની તીવ્રતાની આ શ્રેણીમાં બિન-સુપરકન્ડક્ટિંગ બની જાય છે પરંતુ સામાન્ય સ્થિતિ હજુ સુધી પહોંચી નથી.
સ્પષ્ટપણે, સિસ્ટમની ફોટોવોલ્ટેઇક લાક્ષણિકતાઓ YBCO ની સુપરકન્ડક્ટિવિટી અને તેના સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે. YBCO નો વિભેદક પ્રતિકાર, dV/dI, લેસર તીવ્રતાના કાર્ય તરીકે ફિગ. 2b (નીચે) માં બતાવવામાં આવ્યો છે. અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, સુપરકન્ડક્ટરથી મેટલમાં કૂપર જોડી પ્રસરણ બિંદુઓને કારણે ઇન્ટરફેસમાં બિલ્ડ-ઇન ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત. 50 K પર અવલોકન કરાયેલા જેવું જ, ફોટોવોલ્ટેઇક અસર લેસરની તીવ્રતા 0 થી Pc સુધી વધારીને વધારવામાં આવે છે. જ્યારે લેસરની તીવ્રતા Pc કરતા સહેજ ઉપરના મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, ત્યારે IV વળાંક ઝુકાવવાનું શરૂ કરે છે અને નમૂનાનો પ્રતિકાર દેખાવા લાગે છે, પરંતુ ઇન્ટરફેસ સંભવિતની ધ્રુવીયતા હજુ બદલાઈ નથી. સુપરકન્ડક્ટિવિટી પર ઓપ્ટિકલ ઉત્તેજનાની અસર દૃશ્યમાન અથવા નજીકના IR પ્રદેશમાં તપાસવામાં આવી છે. જ્યારે મૂળભૂત પ્રક્રિયા કૂપર જોડીઓને તોડવાની અને સુપરકન્ડક્ટિવિટી 25,26ને નષ્ટ કરવાની છે, કેટલાક કિસ્સાઓમાં સુપરકન્ડક્ટિવિટી સંક્રમણને 27,28,29 વધારી શકાય છે, સુપરકન્ડક્ટિવિટીના નવા તબક્કાઓ પણ પ્રેરિત કરી શકાય છે30. Pc પર સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ગેરહાજરી ફોટો-પ્રેરિત જોડી તૂટવા માટે જવાબદાર ગણી શકાય. બિંદુ P0 પર, સમગ્ર ઈન્ટરફેસની સંભવિતતા શૂન્ય બની જાય છે, જે દર્શાવે છે કે ઈન્ટરફેસની બંને બાજુએ ચાર્જ ઘનતા પ્રકાશની આ ચોક્કસ તીવ્રતા હેઠળ સમાન સ્તરે પહોંચે છે. લેસરની તીવ્રતામાં વધુ વધારાના પરિણામે વધુ કૂપર જોડીનો નાશ થાય છે અને YBCO ધીમે ધીમે પી-ટાઈપ મટિરિયલમાં રૂપાંતરિત થાય છે. ઇલેક્ટ્રોન અને કૂપર જોડીના પ્રસારને બદલે, ઇન્ટરફેસની વિશેષતા હવે ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્ર પ્રસરણ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે જે ઇન્ટરફેસમાં વિદ્યુત ક્ષેત્રની પોલેરિટી રિવર્સલ તરફ દોરી જાય છે અને પરિણામે હકારાત્મક Voc (ફિગ.1d,h સરખામણી કરો). ખૂબ જ ઊંચી લેસર તીવ્રતા પર, YBCO નો વિભેદક પ્રતિકાર સામાન્ય સ્થિતિને અનુરૂપ મૂલ્યને સંતૃપ્ત કરે છે અને Voc અને Isc બંને લેસરની તીવ્રતા (ફિગ. 2b) સાથે રેખીય રીતે બદલાય છે. આ અવલોકન દર્શાવે છે કે સામાન્ય સ્થિતિ YBCO પર લેસર ઇરેડિયેશન હવે તેની પ્રતિકારકતા અને સુપરકન્ડક્ટર-મેટલ ઇન્ટરફેસની વિશેષતાને બદલશે નહીં પરંતુ માત્ર ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીની સાંદ્રતામાં વધારો કરશે.
ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મો પર તાપમાનની અસરની તપાસ કરવા માટે, મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર સિસ્ટમને કેથોડ પર 502 mW/cm2 તીવ્રતાના વાદળી લેસર સાથે ઇરેડિયેટ કરવામાં આવી હતી. 50 અને 300 K ની વચ્ચેના પસંદ કરેલા તાપમાને મેળવેલ IV વળાંક ફિગ. 3a માં આપવામાં આવ્યા છે. ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc, શોર્ટ સર્કિટ વર્તમાન Isc અને વિભેદક પ્રતિકાર પછી આ IV વળાંકોમાંથી મેળવી શકાય છે અને તે ફિગ. 3b માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. પ્રકાશની રોશની વિના, વિવિધ તાપમાને માપવામાં આવતા તમામ IV વળાંકો અપેક્ષા મુજબ મૂળમાંથી પસાર થાય છે (ફિગ. 3a નો ઇનસેટ). જ્યારે સિસ્ટમ પ્રમાણમાં મજબૂત લેસર બીમ (502 mW/cm2) દ્વારા પ્રકાશિત થાય છે ત્યારે વધતા તાપમાન સાથે IV લાક્ષણિકતાઓમાં ધરખમ ફેરફાર થાય છે. નીચા તાપમાને IV વળાંકો Voc ના નકારાત્મક મૂલ્યો સાથે I-અક્ષની સમાંતર સીધી રેખાઓ હોય છે. આ વળાંક વધતા તાપમાન સાથે ઉપર તરફ જાય છે અને ક્રિટિકલ ટેમ્પરેચર Tcp (ફિગ. 3a (ટોચ)) પર ધીમે ધીમે બિનશૂન્ય ઢાળવાળી રેખામાં ફેરવાય છે. એવું લાગે છે કે તમામ IV લાક્ષણિકતા વળાંકો ત્રીજા ચતુર્થાંશમાં એક બિંદુની આસપાસ ફરે છે. Voc નકારાત્મક મૂલ્યથી સકારાત્મક મૂલ્યમાં વધે છે જ્યારે Isc હકારાત્મકથી નકારાત્મક મૂલ્યમાં ઘટે છે. YBCO ના મૂળ સુપરકન્ડક્ટિંગ ટ્રાન્ઝિશન તાપમાન Tc ઉપર, IV વળાંક તાપમાન સાથે બદલે અલગ રીતે બદલાય છે (ફિગ. 3a ની નીચે). પ્રથમ, IV વળાંકોનું પરિભ્રમણ કેન્દ્ર પ્રથમ ચતુર્થાંશ તરફ જાય છે. બીજું, વધતા તાપમાન સાથે Voc ઘટતો જાય છે અને Isc વધે છે (ફિગ. 3b ની ટોચ). ત્રીજે સ્થાને, IV વળાંકોનો ઢોળાવ તાપમાન સાથે રેખીય રીતે વધે છે જેના પરિણામે YBCO (ફિગ. 3b ની નીચે) માટે પ્રતિકારનો હકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક થાય છે.
502 mW/cm2 લેસર ઇલ્યુમિનેશન હેઠળ YBCO-Ag પેસ્ટ સિસ્ટમ માટે ફોટોવોલ્ટેઇક લાક્ષણિકતાઓનું તાપમાન અવલંબન.
લેસર સ્પોટ સેન્ટર કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડ્સની આસપાસ સ્થિત છે (ફિગ. 1i જુઓ). a, IV વક્ર અનુક્રમે 5 K અને 20 K ના તાપમાન વધારા સાથે 50 થી 90 K (ટોચ) અને 100 થી 300 K (નીચે) સુધી મેળવે છે. ઇનસેટ એ અંધારામાં કેટલાક તાપમાને IV લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે. બધા વણાંકો મૂળ બિંદુને પાર કરે છે. b, ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc અને શોર્ટ સર્કિટ કરંટ Isc (ટોચ) અને તાપમાનના કાર્ય તરીકે YBCO (નીચે) નું વિભેદક પ્રતિકાર, dV/dI. શૂન્ય પ્રતિકાર સુપરકન્ડક્ટીંગ સંક્રમણ તાપમાન Tcp આપવામાં આવ્યું નથી કારણ કે તે Tc0 ની ખૂબ નજીક છે.
ફિગ. 3b માંથી ત્રણ નિર્ણાયક તાપમાન ઓળખી શકાય છે: Tcp, જેની ઉપર YBCO નોન-સુપરકન્ડક્ટિંગ બને છે; Tc0, જેમાં Voc અને Isc બંને શૂન્ય અને Tc બની જાય છે, જે લેસર ઇરેડિયેશન વિના YBCO નું મૂળ શરૂઆતનું સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ તાપમાન છે. Tcp ~ 55 K ની નીચે, લેસર ઇરેડિયેટેડ YBCO કૂપર જોડીઓની પ્રમાણમાં ઊંચી સાંદ્રતા સાથે સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાં છે. લેસર ઇરેડિયેશનની અસર ફોટોવોલ્ટેઇક વોલ્ટેજ અને વર્તમાન ઉત્પન્ન કરવા ઉપરાંત કૂપર જોડીની સાંદ્રતામાં ઘટાડો કરીને શૂન્ય પ્રતિકારક સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ તાપમાનને 89 K થી ~55 K (ફિગ. 3b ની નીચે) સુધી ઘટાડવાનો છે. તાપમાનમાં વધારો કૂપર જોડીને પણ તોડી નાખે છે જે ઇન્ટરફેસમાં ઓછી સંભાવના તરફ દોરી જાય છે. પરિણામે, વોકનું સંપૂર્ણ મૂલ્ય નાનું થઈ જશે, જો કે લેસર પ્રકાશની સમાન તીવ્રતા લાગુ કરવામાં આવે છે. તાપમાનમાં વધુ વધારા સાથે ઇન્ટરફેસ સંભવિત નાનું અને નાનું બનશે અને Tc0 પર શૂન્ય સુધી પહોંચશે. આ વિશિષ્ટ બિંદુ પર કોઈ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર નથી કારણ કે ફોટો-પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીને અલગ કરવા માટે કોઈ આંતરિક ક્ષેત્ર નથી. પોલેરિટી રિવર્સલ સંભવિત આ નિર્ણાયક તાપમાનની ઉપર થાય છે કારણ કે Ag પેસ્ટમાં ફ્રી ચાર્જ ઘનતા YBCO કરતા વધારે છે જે ધીમે ધીમે પી-ટાઈપ સામગ્રીમાં ટ્રાન્સફર થાય છે. અહીં આપણે ભારપૂર્વક જણાવવા માંગીએ છીએ કે સંક્રમણના કારણને ધ્યાનમાં લીધા વિના, Voc અને Isc ની પોલેરિટી રિવર્સલ ઝીરો રેઝિસ્ટન્સ સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ પછી તરત જ થાય છે. આ અવલોકન સ્પષ્ટપણે છતી કરે છે, પ્રથમ વખત, સુપરકન્ડક્ટિવિટી અને મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસ સંભવિત સાથે સંકળાયેલ ફોટોવોલ્ટેઇક અસરો વચ્ચેનો સંબંધ. સુપરકન્ડક્ટર-સામાન્ય મેટલ ઇન્ટરફેસમાં આ સંભવિતની પ્રકૃતિ છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓથી સંશોધનનું કેન્દ્ર છે પરંતુ હજુ પણ ઘણા પ્રશ્નોના જવાબોની રાહ જોઈ રહ્યા છે. ફોટોવોલ્ટેઇક અસરનું માપન આ મહત્વપૂર્ણ સંભવિતતાની વિગતો (જેમ કે તેની શક્તિ અને ધ્રુવીયતા વગેરે) શોધવા માટે અસરકારક પદ્ધતિ સાબિત થઈ શકે છે અને તેથી તે ઉચ્ચ તાપમાનની સુપરકન્ડક્ટીંગ નિકટતા અસર પર પ્રકાશ પાડે છે.
Tc0 થી Tc સુધીના તાપમાનમાં વધુ વધારો કૂપર જોડીની ઓછી સાંદ્રતા તરફ દોરી જાય છે અને ઇન્ટરફેસ સંભવિતમાં વધારો કરે છે અને પરિણામે મોટા Voc. Tc પર કૂપર જોડીની સાંદ્રતા શૂન્ય બની જાય છે અને ઇન્ટરફેસ પર બિલ્ડ-ઇન સંભવિત મહત્તમ સુધી પહોંચે છે, પરિણામે મહત્તમ Voc અને ન્યૂનતમ Isc. આ તાપમાન શ્રેણીમાં Voc અને Isc (નિરપેક્ષ મૂલ્ય) નો ઝડપી વધારો એ સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણને અનુરૂપ છે જે 502 mW/cm2 (ફિગ. 3b) ની તીવ્રતાના લેસર ઇરેડિયેશન દ્વારા ΔT ~ 3 K થી ~ 34 K સુધી વિસ્તૃત થાય છે. Tc ઉપરની સામાન્ય સ્થિતિઓમાં, ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc તાપમાન સાથે ઘટે છે (ફિગ. 3b ની ટોચ), pn જંકશન 31,32,33 પર આધારિત સામાન્ય સૌર કોષો માટે Voc ની રેખીય વર્તણૂક સમાન છે. જો કે તાપમાન (−dVoc/dT) સાથે Voc નો ફેરફાર દર, જે લેસરની તીવ્રતા પર ખૂબ આધાર રાખે છે, તે સામાન્ય સૌર કોષો કરતા ઘણો નાનો છે, YBCO-Ag જંકશન માટે Voc ના તાપમાન ગુણાંકની તીવ્રતાનો સમાન ક્રમ છે. સૌર કોષોની. સામાન્ય સૌર સેલ ઉપકરણ માટે pn જંકશનનો લિકેજ કરંટ વધતા તાપમાન સાથે વધે છે, જેના કારણે તાપમાનમાં વધારો થતાં Voc માં ઘટાડો થાય છે. આ Ag-સુપરકન્ડક્ટર સિસ્ટમ માટે અવલોકન કરાયેલ રેખીય IV વળાંકો, પ્રથમ તો ખૂબ જ નાના ઇન્ટરફેસ સંભવિત અને બીજું બે હેટરોજંકશનના બેક-ટુ-બેક કનેક્શનને કારણે, લિકેજ પ્રવાહ નક્કી કરવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે. તેમ છતાં, તે ખૂબ જ સંભવ છે કે લિકેજ કરંટની સમાન તાપમાન અવલંબન અમારા પ્રયોગમાં જોવામાં આવેલ Voc વર્તન માટે જવાબદાર છે. વ્યાખ્યા મુજબ, Isc એ Voc ને વળતર આપવા માટે નકારાત્મક વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવા માટે જરૂરી વર્તમાન છે જેથી કુલ વોલ્ટેજ શૂન્ય હોય. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ, Voc નાનું બને છે જેથી નકારાત્મક વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવા માટે ઓછા પ્રવાહની જરૂર પડે. વધુમાં, YBCO નો પ્રતિકાર Tc (ફિગ. 3b ની નીચે) થી ઉપરના તાપમાન સાથે રેખીય રીતે વધે છે, જે ઊંચા તાપમાને Isc ના નાના સંપૂર્ણ મૂલ્યમાં પણ ફાળો આપે છે.
નોંધ લો કે ફિગ 2,3 માં આપેલા પરિણામો કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડની આસપાસના વિસ્તારમાં લેસર ઇરેડીએટિંગ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. એનોડ પર સ્થિત લેસર સ્પોટ સાથે પણ માપન પુનરાવર્તિત કરવામાં આવ્યું છે અને સમાન IV લાક્ષણિકતાઓ અને ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મો જોવામાં આવ્યા છે સિવાય કે આ કિસ્સામાં Voc અને Isc ની ધ્રુવીયતા ઉલટાવી દેવામાં આવી છે. આ તમામ ડેટા ફોટોવોલ્ટેઇક અસર માટે એક પદ્ધતિ તરફ દોરી જાય છે, જે સુપરકન્ડક્ટર-મેટલ ઇન્ટરફેસ સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે.
સારાંશમાં, લેસર ઇરેડિયેટેડ સુપરકન્ડક્ટિંગ YBCO-Ag પેસ્ટ સિસ્ટમની IV લાક્ષણિકતાઓ તાપમાન અને લેસરની તીવ્રતાના કાર્યો તરીકે માપવામાં આવી છે. 50 થી 300 K તાપમાનની શ્રેણીમાં નોંધપાત્ર ફોટોવોલ્ટેઇક અસર જોવા મળી છે. એવું જાણવા મળ્યું છે કે ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મો YBCO સિરામિક્સની સુપરકન્ડક્ટિવિટી સાથે મજબૂત રીતે સંકળાયેલા છે. Voc અને Isc નું પોલેરિટી રિવર્સલ ફોટો-પ્રેરિત સુપરકન્ડક્ટિંગથી નોન-સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ પછી તરત જ થાય છે. નિશ્ચિત લેસર તીવ્રતા પર માપવામાં આવેલ Voc અને Isc ની તાપમાન અવલંબન પણ નિર્ણાયક તાપમાને એક અલગ ધ્રુવીય રિવર્સલ દર્શાવે છે કે જેના ઉપર નમૂના પ્રતિરોધક બને છે. નમૂનાના અલગ-અલગ ભાગમાં લેસર સ્પોટ શોધીને, અમે બતાવીએ છીએ કે સમગ્ર ઈન્ટરફેસમાં વિદ્યુત સંભવિત છે, જે ફોટો-પ્રેરિત ઈલેક્ટ્રોન-હોલ જોડી માટે વિભાજન બળ પ્રદાન કરે છે. આ ઇન્ટરફેસ સંભવિત YBCO થી મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ નિર્દેશિત કરે છે જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય છે અને જ્યારે નમૂના બિન-સુપરકન્ડક્ટિંગ બને છે ત્યારે વિરુદ્ધ દિશામાં સ્વિચ કરે છે. જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય અને 502 mW/cm2 ની લેસર તીવ્રતા સાથે 50 K પર ~10−8 mV હોવાનો અંદાજ છે ત્યારે સંભવિતતાનું મૂળ કુદરતી રીતે મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસ પર નિકટતા અસર સાથે સંકળાયેલ હોઈ શકે છે. p-પ્રકારની સામગ્રી YBCO નો સામાન્ય સ્થિતિમાં n-પ્રકારની સામગ્રી Ag-પેસ્ટ સાથેનો સંપર્ક અર્ધ-pn જંકશન બનાવે છે જે ઊંચા તાપમાને YBCO સિરામિક્સના ફોટોવોલ્ટેઇક વર્તન માટે જવાબદાર છે. ઉપરોક્ત અવલોકનો ઉચ્ચ તાપમાન સુપરકન્ડક્ટિંગ YBCO સિરામિક્સમાં PV અસર પર પ્રકાશ પાડે છે અને ઝડપી નિષ્ક્રિય પ્રકાશ ડિટેક્ટર અને સિંગલ ફોટોન ડિટેક્ટર જેવા ઑપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં નવી એપ્લિકેશન્સ માટે માર્ગ મોકળો કરે છે.
ફોટોવોલ્ટેઇક અસરના પ્રયોગો 0.52 mm જાડાઈ અને 8.64 × 2.26 mm2 લંબચોરસ આકારના YBCO સિરામિક નમૂના પર કરવામાં આવ્યા હતા અને 1.25 mm ત્રિજ્યામાં લેસર સ્પોટ કદ સાથે સતત તરંગ વાદળી-લેસર (λ = 450 nm) દ્વારા પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યા હતા. પાતળા ફિલ્મના નમૂનાને બદલે જથ્થાબંધ ઉપયોગ કરવાથી અમને સબસ્ટ્રેટ 6,7ના જટિલ પ્રભાવનો સામનો કર્યા વિના સુપરકન્ડક્ટરના ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવામાં સક્ષમ બનાવે છે. તદુપરાંત, બલ્ક સામગ્રી તેની સરળ તૈયારી પ્રક્રિયા અને પ્રમાણમાં ઓછી કિંમત માટે અનુકૂળ હોઈ શકે છે. તાંબાના લીડ વાયરને YBCO નમૂના પર સિલ્વર પેસ્ટ સાથે જોડવામાં આવે છે જે લગભગ 1 મીમી વ્યાસના ચાર ગોળાકાર ઇલેક્ટ્રોડ બનાવે છે. બે વોલ્ટેજ ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેનું અંતર લગભગ 5 મીમી છે. નમૂનાની IV લાક્ષણિકતાઓ ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલ વિન્ડો સાથે વાઇબ્રેશન સેમ્પલ મેગ્નેટોમીટર (વર્સાલેબ, ક્વોન્ટમ ડિઝાઇન) નો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવી હતી. IV વળાંકો મેળવવા માટે પ્રમાણભૂત ચાર-વાયર પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. ઇલેક્ટ્રોડ અને લેસર સ્પોટની સંબંધિત સ્થિતિ આકૃતિ 1i માં બતાવવામાં આવી છે.
આ લેખ કેવી રીતે ટાંકવો: યાંગ, એફ. એટ અલ. સુપરકન્ડક્ટિંગ YBa2Cu3O6.96 સિરામિક્સમાં ફોટોવોલ્ટેઇક અસરનું મૂળ. વિજ્ઞાન રેપ. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR સમપ્રમાણતા-પ્રતિબંધિત લેસર-પ્રેરિત વોલ્ટેજ YBa2Cu3O7 માં. ભૌતિક. રેવ. બી 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, Y-Ba-Cu-O માં વિસંગત ફોટોવોલ્ટેઇક સિગ્નલનું SY મૂળ. ભૌતિક. રેવ. બી 43, 6270–6272 (1991).
વાંગ, એલપી, લિન, જેએલ, ફેંગ, ક્યુઆર અને વાંગ, સુપરકન્ડક્ટિંગ Bi-Sr-Ca-Cu-O ના લેસર-પ્રેરિત વોલ્ટેજનું GW માપન. ભૌતિક. રેવ. બી 46, 5773–5776 (1992).
ટેટ, કેએલ, એટ અલ. YBa2Cu3O7-x ની રૂમ-ટેમ્પરેચર ફિલ્મોમાં ક્ષણિક લેસર-પ્રેરિત વોલ્ટેજ. જે. એપલ. ભૌતિક. 67, 4375–4376 (1990).
YBa2Cu3O7 માં Kwok, HS અને Zheng, JP અનોમલસ ફોટોવોલ્ટેઇક પ્રતિસાદ. ભૌતિક. રેવ. બી 46, 3692–3695 (1992).
મુરાઓકા, વાય., મુરામાત્સુ, ટી., યમૌરા, જે. અને હિરોઈ, ઝેડ. ઓક્સાઇડ હેટરોસ્ટ્રક્ચરમાં YBa2Cu3O7−x માટે ફોટોજનરેટેડ હોલ કેરિયર ઈન્જેક્શન. એપલ. ભૌતિક. લેટ. 85, 2950–2952 (2004).
અસાકુરા, ડી. એટ અલ. પ્રકાશ પ્રકાશ હેઠળ YBa2Cu3Oy પાતળી ફિલ્મોનો ફોટો ઉત્સર્જન અભ્યાસ. ભૌતિક. રેવ. લેટ. 93, 247006 (2004).
યાંગ, એફ. એટ અલ. YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 ની ફોટોવોલ્ટેઇક અસર :Nb હેટરોજંકશન વિવિધ ઓક્સિજન આંશિક દબાણમાં એનિલ થયેલ છે. મેટર. લેટ. 130, 51–53 (2014).
એમિનોવ, બીએ એટ અલ. Yb(Y)Ba2Cu3O7-x સિંગલ ક્રિસ્ટલમાં ટુ-ગેપ સ્ટ્રક્ચર. જે. સુપરકોન્ડ. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. ક્વોસિપાર્ટિકલ રિલેક્સેશન ડાયનેમિક્સ ઇન સુપરકન્ડક્ટર્સ વિવિધ ગેપ સ્ટ્રક્ચર્સ: YBa2Cu3O7-δ પર સિદ્ધાંત અને પ્રયોગો. ભૌતિક. રેવ. બી 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb હેટરોજંકશનની સુધારણા ગુણધર્મો. એપલ. ભૌતિક. લેટ. 87, 222501 (2005).
કામારાસ, કે., પોર્ટર, સીડી, ડોસ, એમજી, હેર, એસએલ અને ટેનર, ડીબી એક્સિટોનિક શોષણ અને YBa2Cu3O7-δ માં સુપરકન્ડક્ટિવિટી. ભૌતિક. રેવ. લેટ. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. YBa2Cu3O6.3 ના સેમિકન્ડક્ટિંગ સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સમાં ક્ષણિક ફોટોપ્રેરિત વાહકતા: ફોટોઇન્ડ્યુસ્ડ મેટાલિક સ્ટેટ અને ફોટોઇન્ડ્યુસ્ડ સુપરકન્ડક્ટિવિટી માટે શોધો. સોલિડ સ્ટેટ કોમ્યુન. 72, 345–349 (1989).
મેકમિલન, સુપરકન્ડક્ટીંગ પ્રોક્સિમિટી ઇફેક્ટનું WL ટનલીંગ મોડલ. ભૌતિક. રેવ. 175, 537–542 (1968).
ગ્યુરોન, એસ. એટ અલ. મેસોસ્કોપિક લંબાઈના સ્કેલ પર સુપરકન્ડક્ટીંગ નિકટતા અસરની તપાસ કરવામાં આવી છે. ભૌતિક. રેવ. લેટ. 77, 3025–3028 (1996).
એન્યુન્ઝિયાટા, જી. અને માનસ્કે, ડી. નોનસેન્ટ્રોસિમેટ્રિક સુપરકન્ડક્ટર સાથે નિકટતા અસર. ભૌતિક. રેવ. બી 86, 17514 (2012).
ક્યુ, એફએમ એટ અલ. Pb-Bi2Te3 હાઇબ્રિડ સ્ટ્રક્ચર્સમાં મજબૂત સુપરકન્ડક્ટિંગ નિકટતા અસર. વિજ્ઞાન રેપ. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL સૌર કિરણોત્સર્ગને વિદ્યુત શક્તિમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે એક નવું સિલિકોન pn જંકશન ફોટોસેલ. જે. એપ. ભૌતિક. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Zn- અથવા Ni-doped YBa2Cu3O6.9 સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સમાં સુપરકન્ડક્ટિંગ કોહરેન્સ લંબાઈ પર અશુદ્ધતાની અસરો. ભૌતિક. રેવ. બી 60, 114–117 (1999).
એન્ડો, વાય. અને સેગાવા, કે. મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ ઓફ અનટવિન્ડ YBa2Cu3Oy સિંગલ ક્રિસ્ટલ ડોપિંગની વિશાળ શ્રેણીમાં: સુસંગતતાની લંબાઈની અસંગત છિદ્ર-ડોપિંગ અવલંબન. ભૌતિક. રેવ. લેટ. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR સિસ્ટેમેટિક્સ ઇન ધ થર્મોઇલેક્ટ્રિક પાવર ઓફ હાઇ-T, ઓક્સાઇડ્સ. ભૌતિક. રેવ. બી 46, 14928–14931, (1992).
સુગાઈ, એસ. એટ અલ. સુસંગત શિખરનું વાહક-ઘનતા-આશ્રિત મોમેન્ટમ શિફ્ટ અને પી-ટાઇપ હાઇ-ટીસી સુપરકન્ડક્ટર્સમાં LO ફોનન મોડ. ભૌતિક. રેવ. બી 68, 184504 (2003).
નોજીમા, ટી. એટ અલ. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ તકનીકનો ઉપયોગ કરીને YBa2Cu3Oy પાતળી ફિલ્મોમાં છિદ્રમાં ઘટાડો અને ઇલેક્ટ્રોન સંચય: એન-ટાઇપ મેટાલિક સ્થિતિ માટે પુરાવા. ભૌતિક. રેવ. બી 84, 020502 (2011).
તુંગ, આરટી ધ ફિઝિક્સ અને કેમિસ્ટ્રી ઓફ ધ સ્કૉટ્ટકી બેરિયર હાઇટ. એપલ. ભૌતિક. લેટ. 1, 011304 (2014).
સાઈ-હાલાઝ, GA, ચી, સીસી, ડેનેન્સ્ટીન, એ. અને લેંગેનબર્ગ, સુપરકન્ડક્ટીંગ ફિલ્મોમાં ડાયનેમિક એક્સટર્નલ પેર બ્રેકિંગની ડીએન ઈફેક્ટ્સ. ભૌતિક. રેવ. લેટ. 33, 215–219 (1974).
નીવા, જી. એટ અલ. સુપરકન્ડક્ટિવિટીના ફોટો-પ્રેરિત ઉન્નતીકરણ. એપલ. ભૌતિક. લેટ. 60, 2159–2161 (1992).
કુડિનોવ, VI એટ અલ. મેટાલિક અને સુપરકન્ડક્ટીંગ તબક્કાઓ તરફ ફોટોડોપિંગની પદ્ધતિ તરીકે YBa2Cu3O6+x ફિલ્મોમાં સતત ફોટોકન્ડક્ટિવિટી. ભૌતિક. રેવ. બી 14, 9017–9028 (1993).
મેન્કોવસ્કી, આર. એટ અલ. YBa2Cu3O6.5 માં ઉન્નત સુપરકન્ડક્ટિવિટી માટેના આધાર તરીકે બિનરેખીય જાળી ગતિશીલતા. પ્રકૃતિ 516, 71–74 (2014).
ફૌસ્ટી, ડી. એટ અલ. પટ્ટા-ક્રમાંકિત કપરેટમાં પ્રકાશ-પ્રેરિત સુપરકન્ડક્ટિવિટી. વિજ્ઞાન 331, 189–191 (2011).
અલ-અદાવી, એમકે અને અલ-નુઈમ, આઈએ તેની કાર્યક્ષમતા નવા અભિગમના સંબંધમાં સૌર કોષ માટે VOC ની તાપમાન કાર્યાત્મક અવલંબન. ડિસેલિનેશન 209, 91–96 (2007).
વર્નોન, એસએમ અને એન્ડરસન, ડબ્લ્યુએ સ્કોટ્ટકી-બેરિયર સિલિકોન સોલર સેલમાં તાપમાનની અસરો. એપલ. ભૌતિક. લેટ. 26, 707 (1975).
કાત્ઝ, ઈએ, ફાઈમન, ડી. અને તુલાધર, ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ પોલિમર-ફુલેરીન સોલાર સેલના ફોટોવોલ્ટેઈક ઉપકરણ પરિમાણો માટે SM તાપમાન નિર્ભરતા. જે. એપલ. ભૌતિક. 90, 5343–5350 (2002).
આ કાર્યને ચીનના નેશનલ નેચરલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશન (ગ્રાન્ટ નંબર 60571063), હેનાન પ્રાંત, ચીનના મૂળભૂત સંશોધન પ્રોજેક્ટ્સ (ગ્રાન્ટ નંબર 122300410231) દ્વારા સમર્થન આપવામાં આવ્યું છે.
FY એ પેપરનો ટેક્સ્ટ લખ્યો અને MYH એ YBCO સિરામિક સેમ્પલ તૈયાર કર્યો. FY અને MYH એ પ્રયોગ કર્યો અને પરિણામોનું વિશ્લેષણ કર્યું. FGC એ પ્રોજેક્ટ અને ડેટાના વૈજ્ઞાનિક અર્થઘટનનું નેતૃત્વ કર્યું. બધા લેખકોએ હસ્તપ્રતની સમીક્ષા કરી.
આ કાર્યને ક્રિએટિવ કોમન્સ એટ્રિબ્યુશન 4.0 ઇન્ટરનેશનલ લાયસન્સ હેઠળ લાઇસન્સ આપવામાં આવ્યું છે. આ લેખમાંની છબીઓ અથવા અન્ય તૃતીય પક્ષની સામગ્રી લેખના ક્રિએટીવ કોમન્સ લાયસન્સમાં સમાવિષ્ટ છે, સિવાય કે ક્રેડિટ લાઇનમાં અન્યથા સૂચવવામાં આવે; જો સામગ્રી ક્રિએટીવ કોમન્સ લાયસન્સ હેઠળ સમાવિષ્ટ નથી, તો વપરાશકર્તાઓએ સામગ્રીને પુનઃઉત્પાદિત કરવા માટે લાઇસન્સ ધારક પાસેથી પરવાનગી મેળવવાની જરૂર પડશે. આ લાયસન્સની નકલ જોવા માટે, http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ની મુલાકાત લો
યાંગ, એફ., હાન, એમ. અને ચાંગ, એફ. સુપરકન્ડક્ટિંગ YBa2Cu3O6.96 સિરામિક્સમાં ફોટોવોલ્ટેઇક અસરની ઉત્પત્તિ. સાયન્સ રેપ 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
ટિપ્પણી સબમિટ કરીને તમે અમારી શરતો અને સમુદાય દિશાનિર્દેશોનું પાલન કરવા માટે સંમત થાઓ છો. જો તમને કંઈક અપમાનજનક જણાય અથવા તે અમારી શરતો અથવા દિશાનિર્દેશોનું પાલન કરતું નથી, તો કૃપા કરીને તેને અયોગ્ય તરીકે ચિહ્નિત કરો.
પોસ્ટ સમય: એપ્રિલ-22-2020