Mèsi paske w vizite nature.com. W ap itilize yon vèsyon navigatè ak sipò limite pou CSS. Pou jwenn pi bon eksperyans nan, nou rekòmande ou sèvi ak yon navigatè ki pi ajou (oswa fèmen mòd konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinye, nou ap montre sit la san estil ak JavaScript.
Nou rapòte efè fotovoltaik remakab nan seramik YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ant 50 ak 300 K pwovoke pa ekleraj ble-lazè, ki se dirèkteman gen rapò ak supèrkonduktivite YBCO ak koòdone elektwòd YBCO-metal. Gen yon ranvèsman polarite pou vòltaj sikwi louvri Voc ak kout sikwi aktyèl Isc lè YBCO sibi yon tranzisyon soti nan superconducting nan eta reziste. Nou montre ke genyen yon potansyèl elektrik atravè koòdone metal superconductor-nòmal, ki bay fòs separasyon pou pè elèktron-twou foto-induit. Potansyèl koòdone sa a dirije soti nan YBCO nan elektwòd metal la lè YBCO se superconducting epi chanje nan direksyon opoze a lè YBCO vin nonsuperconducting. Orijin potansyèl la ka fasilman asosye ak efè pwoksimite nan koòdone metal-superconductor lè YBCO se superconducting epi valè li yo estime a ~ 10-8 mV nan 50 K ak yon entansite lazè 502 mW / cm2. Konbinezon yon materyèl p-tip YBCO nan eta nòmal ak yon materyèl n-tip Ag-paste fòme yon junction quasi-pn ki responsab pou konpòtman fotovoltaik seramik YBCO nan tanperati ki wo. Konklizyon nou yo ka ouvri wout la nan nouvo aplikasyon nan aparèy foton-elektwonik ak koule plis limyè sou efè a pwoksimite nan koòdone supèkondiktè-metal la.
Yo te rapòte vòltaj foto-pwovoke nan supèkondiktè tanperati ki wo yo nan kòmansman ane 1990 yo epi yo te envestige anpil depi lè sa a, men nati li yo ak mekanis yo rete enstabilite1,2,3,4,5. YBa2Cu3O7-δ (YBCO) fim mens6,7,8, an patikilye, yo etidye entansif nan fòm selil fotovoltaik (PV) akòz gap9,10,11,12,13 enèji reglabl li yo. Sepandan, rezistans segondè nan substra a toujou mennen nan yon efikasite konvèsyon ki ba nan aparèy la ak mask prensipal pwopriyete yo PV nan YBCO8. Isit la nou rapòte efè fotovoltaik remakab pwovoke pa lumières ble-lazè (λ = 450 nm) nan YBa2Cu3O6.96 (YBCO) seramik ant 50 ak 300 K (Tc ~ 90 K). Nou montre ke efè PV a dirèkteman gen rapò ak supèrkonduktivite YBCO ak nati koòdone elektwòd YBCO-métalliques. Gen yon ranvèsman polarite pou vòltaj sikwi louvri Voc ak kout sikwi aktyèl Isc lè YBCO sibi yon tranzisyon soti nan faz superconducting nan yon eta reziste. Li pwopoze ke genyen yon potansyèl elektrik atravè koòdone metal superconductor-nòmal, ki bay fòs separasyon pou pè elèktron-twou foto-induit. Potansyèl koòdone sa a dirije soti nan YBCO nan elektwòd metal la lè YBCO se superconducting epi chanje nan direksyon opoze a lè echantiyon an vin nonsuperconducting. Orijin potansyèl la ka natirèlman asosye ak efè pwoksimite 14,15,16,17 nan koòdone metal-superconductor lè YBCO se superconducting epi valè li yo estime a ~ 10-8 mV nan 50 K ak yon entansite lazè 502 mW. /cm2. Konbinezon de yon materyèl p-tip YBCO nan eta nòmal ak yon n-tip materyèl Ag-paste fòme, gen plis chans, yon kazi-pn junction ki responsab pou konpòtman an PV nan seramik YBCO nan tanperati ki wo. Obsèvasyon nou yo bay plis limyè sou orijin efè PV nan seramik YBCO supèrkonduktif tanperati ki wo epi ale wout la pou aplikasyon li nan aparèy optoelektwonik tankou detektè limyè pasif vit elatriye.
Figi 1a–c montre ke karakteristik IV nan echantiyon seramik YBCO nan 50 K. San limyè limyè, vòltaj la atravè echantiyon an rete nan zewo ak chanjman aktyèl, jan yo ka espere nan yon materyèl supèrkonduktif. Efè fotovoltaik evidan parèt lè reyon lazè dirije nan katod (figi 1a): koub IV yo paralèl ak aks I an deplase anba ak ogmante entansite lazè. Li evidan ke gen yon vòltaj negatif foto-induit menm san okenn kouran (souvan yo rele vòltaj sikwi louvri Voc). Pant zewo koub IV la endike echantiyon an toujou superconduit anba ekleraj lazè.
(a–c) ak 300 K (e–g). Valè V (I) yo te jwenn nan bale aktyèl la soti nan -10 mA a +10 mA nan vakyòm. Se sèlman yon pati nan done eksperimantal yo prezante pou dedomajman pou la klè. a, Karakteristik aktyèl-vòltaj nan YBCO mezire ak plas lazè pozisyone nan katod la (i). Tout koub IV yo se liy dwat orizontal ki endike echantiyon an toujou superconducting ak iradyasyon lazè. Koub la deplase desann ak ogmante entansite lazè, ki endike ke gen egziste yon potansyèl negatif (Voc) ant de kondwi vòltaj yo menm ak zewo aktyèl. Koub IV yo rete san chanjman lè lazè a dirije nan sant echantiyon an nan etè 50 K (b) oswa 300 K (f). Liy orizontal la ap monte pandan anod la eklere (c). Yo montre yon modèl chema junction metal-superconductor nan 50 K nan d. Karakteristik aktyèl-vòltaj nan eta nòmal YBCO nan 300 K mezire ak reyon lazè pwente nan katod ak anod yo bay nan e ak g respektivman. Kontrèman ak rezilta yo nan 50 K, pant ki pa zewo nan liy dwat yo endike ke YBCO nan eta nòmal; valè Voc yo varye ak entansite limyè nan yon direksyon opoze, ki endike yon mekanis separasyon chaj diferan. Yon estrikti koòdone posib nan 300 K montre nan hj Foto reyèl echantiyon an ak plon.
YBCO ki gen anpil oksijèn nan eta supèrkonduktif ka absòbe prèske tout spectre limyè solèy la akòz diferans enèji ki piti anpil li yo (Eg) 9,10, kidonk kreye pè elèktron-twou (e–h). Pou pwodwi yon vòltaj sikwi louvri Voc pa absòpsyon nan foton, li nesesè separe espasyalman foto-pwodwi pè eh anvan rekonbinasyon rive18. Voc negatif la, parapò ak katod la ak anod jan sa endike nan Fig. 1i, sijere ke gen egziste yon potansyèl elektrik atravè koòdone metal-superconductor, ki bale elektwon yo nan anod la ak twou nan katod la. Si sa a se ka a, ta dwe tou gen yon potansyèl lonje dwèt soti nan superconductor nan elektwòd metal la nan anod. Kontinwe, yon Voc pozitif ta jwenn si zòn echantiyon an tou pre anod la eklere. Anplis de sa, pa ta dwe gen okenn foto-induit vòltaj lè plas lazè a ke yo te pwente nan zòn ki lwen elektwòd yo. Se sètènman ka a jan yo ka wè nan Fig. 1b,c!.
Lè tach limyè a deplase soti nan elektwòd katod la nan sant echantiyon an (apeprè 1.25 mm apa de interfaces yo), pa gen okenn varyasyon nan koub IV ak pa gen okenn Voc ka obsève ak ogmante entansite lazè a valè maksimòm ki disponib (figi 1b) . Natirèlman, rezilta sa a ka atribiye a lavi limite nan foto-induit transpòtè ak mank de fòs separasyon nan echantiyon an. Pè elektwon-twou yo ka kreye chak fwa echantiyon an eklere, men pi fò nan pè e-h yo pral detwi epi pa gen okenn efè fotovoltaik obsève si plas lazè a tonbe sou zòn ki lwen nenpòt nan elektwòd yo. Deplase plas lazè a nan elektwòd anod yo, koub IV yo paralèl ak aks I an deplase anwo ak ogmante entansite lazè (figi 1c). Menm jan bati-an jaden elektrik egziste nan junction metal-superconductor nan anod la. Sepandan, elektwòd metalik la konekte ak plon pozitif nan sistèm tès la fwa sa a. Twou ki te pwodwi pa lazè a pouse nan plon anod la e konsa yon Voc pozitif obsève. Rezilta yo prezante isit la bay prèv fò ke gen egziste tout bon yon potansyèl koòdone montre soti nan supèrkondiktè a elektwòd metal la.
Efè fotovoltaik nan seramik YBa2Cu3O6.96 nan 300 K montre nan Fig. 1e–g. San limyè limyè, koub IV echantiyon an se yon liy dwat travèse orijin lan. Liy dwat sa a deplase anwo paralèl ak orijinal la ak ogmante entansite lazè iradyasyon nan katòd yo (figi 1e). Gen de ka limite nan enterè pou yon aparèy fotovoltaik. Kondisyon kout sikwi a rive lè V = 0. Kouran an nan ka sa a refere yo kòm aktyèl la kout sikwi (Isc). Dezyèm ka limite a se kondisyon sikwi louvri (Voc) ki rive lè R→∞ oswa aktyèl la se zewo. Figi 1e montre klèman ke Voc pozitif epi li ogmante ak ogmante entansite limyè, kontrèman ak rezilta a jwenn nan 50 K; pandan ke yo obsève yon Isc negatif ogmante nan grandè ak limyè limyè, yon konpòtman tipik nan selil solè nòmal.
Menm jan an tou, lè gwo bout bwa lazè a pwente nan zòn ki lwen elektwòd yo, koub V (I) la se endepandan de entansite lazè a epi pa gen okenn efè fotovoltaik parèt (figi 1f). Menm jan ak mezi a nan 50 K, koub IV yo deplase nan direksyon opoze a kòm elektwòd anod la iradyasyon (figi 1g). Tout rezilta sa yo jwenn pou sistèm keratin YBCO-Ag sa a nan 300 K ak lazè iradyasyon nan diferan pozisyon echantiyon an ki konsistan avèk yon potansyèl koòdone opoze ak sa yo obsève nan 50 K.
Pifò nan elektwon kondanse nan pè Cooper nan superconducting YBCO anba tanperati tranzisyon li Tc. Pandan ke yo nan elektwòd metal la, tout elektwon yo rete nan fòm sengilye. Gen yon gradyan dansite gwo pou tou de elektwon sengilye ak pè Cooper nan vwazinaj la nan koòdone metal-superconductor. Majorite-transporteur elektwon sengilye nan materyèl metalik pral difize nan rejyon an superconductor, tandiske majorite-transporteur Cooper-pè nan rejyon YBCO pral difize nan rejyon an metal. Kòm pè Cooper pote plis chaj epi yo gen yon mobilite pi gwo pase elektwon sengilye difize soti nan YBCO nan rejyon metalik, atòm chaje pozitivman yo kite dèyè, sa ki lakòz yon jaden elektrik nan rejyon an chaj espas. Direksyon jaden elektrik sa a montre nan dyagram chema Fig. 1d. Ekleraj foton ensidan tou pre rejyon chaj espas la ka kreye eh pè ki pral separe ak baleye soti nan pwodwi yon fotokouran nan direksyon ranvèse-patipri. Le pli vit ke elektwon yo soti nan jaden elektrik bati-an, yo kondanse an pè epi koule nan lòt elektwòd la san rezistans. Nan ka sa a, Voc a se opoze a polarite a pre-mete epi li montre yon valè negatif lè gwo bout bwa a lazè pwen nan zòn nan alantou elektwòd negatif la. Soti nan valè Voc, potansyèl la atravè koòdone a ka estime: distans ki genyen ant de kondwi vòltaj d se ~ 5 × 10-3 m, epesè nan koòdone metal-superconductor, di, yo ta dwe menm lòd la nan grandè. kòm longè koerans superconductor YBCO (~ 1 nm) 19,20, pran valè Voc = 0.03 mV, Vms potansyèl yo nan koòdone metal-superconductor evalye a. dwe ~10−11 V nan 50 K ak yon entansite lazè 502 mW/cm2, lè l sèvi avèk ekwasyon,
Nou vle mete aksan sou isit la ke foto-induit vòltaj la pa ka eksplike pa efè foto tèmik. Li te etabli eksperimantal ke koyefisyan Seebeck nan superconductor YBCO se Ss = 021. Koyefisyan Seebeck pou fil plon kwiv se nan seri SCu = 0.34-1.15 μV/K3. Tanperati a nan fil kwiv la nan plas lazè a ka leve soti vivan nan yon ti kantite 0.06 K ak entansite maksimòm lazè ki disponib nan 50 K. Sa a ta ka pwodwi yon potansyèl thermoelectric de 6.9 × 10-8 V ki se twa lòd mayitid pi piti pase Voc yo jwenn nan Fig 1 (a). Li evidan ke efè tèmoelektrik twò piti pou eksplike rezilta eksperimantal yo. An reyalite, varyasyon tanperati a akòz iradyasyon lazè ta disparèt nan mwens pase yon minit pou kontribisyon an nan efè tèmik ka san danje inyore.
Sa a efè fotovoltaik nan YBCO nan tanperati chanm revele ke yon mekanis separasyon chaj diferan ki enplike isit la. Superconducting YBCO nan eta nòmal se yon materyèl p-type ak twou kòm chaj carrier22,23, pandan y ap metalik Ag-paste gen karakteristik yon materyèl n-kalite. Menm jan ak pn junctions, difizyon elektwon nan keratin an ajan ak twou nan seramik YBCO pral fòme yon jaden elektrik entèn ki montre seramik YBCO nan koòdone a (figi 1h). Li se jaden entèn sa a ki bay fòs separasyon an epi ki mennen nan yon Voc pozitif ak Isc negatif pou sistèm keratin YBCO-Ag nan tanperati chanm, jan yo montre nan Fig. 1e. Altènativman, Ag-YBCO ta ka fòme yon p-tip Schottky junction ki tou mennen nan yon potansyèl koòdone ak polarite a menm jan ak nan modèl la prezante pi wo a24.
Pou mennen ankèt sou pwosesis evolisyon an detay nan pwopriyete fotovoltaik yo pandan tranzisyon superconducting nan YBCO, koub IV nan echantiyon an nan 80 K yo te mezire ak entansite lazè chwazi eklere nan elektwòd katod (Fig. 2). San iradyasyon lazè, vòltaj la atravè echantiyon an kenbe nan zewo kèlkeswa aktyèl, ki endike eta a superconducting nan echantiyon an nan 80 K (Fig. 2a). Menm jan ak done yo jwenn nan 50 K, koub IV paralèl ak aks I an deplase anba ak ogmante entansite lazè jiskaske yon valè kritik Pc rive. Pi wo pase sa a entansite lazè kritik (Pc), superconductor a sibi yon tranzisyon soti nan yon faz superconducting nan yon faz reziste; vòltaj la kòmanse ogmante ak aktyèl akòz aparans nan rezistans nan superconductor a. Kòm yon rezilta, koub IV la kòmanse kwaze ak aks I ak aks V ki mennen nan yon Voc negatif ak yon Isc pozitif nan premye. Koulye a, echantiyon an sanble nan yon eta espesyal nan ki polarite Voc ak Isc trè sansib a entansite limyè; ak ti ogmantasyon nan entansite limyè Isc konvèti soti nan pozitif nan negatif ak Voc soti nan negatif nan valè pozitif, pase orijin nan (sansiblite nan segondè nan pwopriyete fotovoltaik, patikilyèman valè a nan Isc, nan limyè lumières ka wè pi klè nan Fig. 2b). Nan pi gwo entansite lazè ki disponib, koub IV yo gen entansyon paralèl youn ak lòt, sa ki vle di eta nòmal echantiyon YBCO a.
Sant plas lazè a pozisyone alantou elektwòd katod yo (gade Fig. 1i). a, koub IV nan YBCO iradyasyon ak entansite lazè diferan. b (anwo), Lazè entansite depandans nan louvri sikwi vòltaj Voc ak kout sikwi aktyèl Isc. Valè Isc yo pa ka jwenn nan entansite limyè ki ba (<110 mW/cm2) paske koub IV yo paralèl ak aks I a lè echantiyon an nan eta superconducting. b (anba), rezistans diferans kòm yon fonksyon entansite lazè.
Depandans entansite lazè Voc ak Isc nan 80 K yo montre nan Figi 2b (anwo). Pwopriyete fotovoltaik yo ka diskite nan twa rejyon entansite limyè. Premye rejyon an se ant 0 ak Pc, nan ki YBCO se superconducting, Voc negatif ak diminye (valè absoli ogmante) ak entansite limyè ak rive nan yon minimòm nan Pc. Dezyèm rejyon an soti nan Pc a yon lòt entansite kritik P0, kote Voc ogmante pandan y ap Isc diminye ak ogmante entansite limyè ak tou de rive zewo nan P0. Twazyèm rejyon an pi wo pase P0 jiskaske yo rive nan eta nòmal YBCO. Malgre ke tou de Voc ak Isc varye ak entansite limyè menm jan ak nan rejyon 2, yo gen polarite opoze pi wo a entansite kritik P0 la. Siyifikasyon nan P0 manti nan ke pa gen okenn efè fotovoltaik ak mekanis nan separasyon chaj chanje kalitatif nan pwen an patikilye sa a. Echantiyon YBCO a vin pa superconducting nan ranje sa a nan entansite limyè men eta nòmal la poko rive jwenn.
Klèman, karakteristik fotovoltaik sistèm lan gen rapò ak supèrkonduktivite YBCO ak tranzisyon superconducting li yo. Rezistans diferans lan, dV/dI, nan YBCO montre nan Fig. 2b (anba) kòm yon fonksyon nan entansite lazè. Kòm mansyone anvan, bati-an potansyèl elektrik la nan koòdone a akòz pwen difizyon Cooper pè soti nan superconductor a metal. Menm jan ak sa yo obsève nan 50 K, efè fotovoltaik amelyore ak ogmante entansite lazè soti nan 0 a PC. Lè entansite lazè a rive nan yon valè yon ti kras pi wo pase Pc, koub IV la kòmanse panche ak rezistans echantiyon an kòmanse parèt, men polarite potansyèl koòdone a pa chanje ankò. Yo te envestige efè eksitasyon optik sou superconductivité nan rejyon vizib oswa tou pre-IR. Pandan ke pwosesis debaz la se kraze pè Cooper yo ak detwi supèrkonduktivite a25,26, nan kèk ka tranzisyon supèrkonduktivite ka amelyore27,28,29, nouvo faz nan supèrkonduktivite ka menm pwovoke30. Absans la nan supèrkonduktivite nan PC ka atribiye a foto-pwovoke pè a kraze. Nan pwen P0 a, potansyèl atravè koòdone a vin zewo, ki endike dansite chaj la nan tou de bò koòdone a rive nan menm nivo anba entansite patikilye sa a nan limyè limyè. Pli lwen ogmantasyon nan entansite lazè rezilta yo nan plis Cooper pè yo te detwi ak YBCO piti piti transfòme tounen nan yon materyèl p-type. Olye de difizyon elèktron ak Cooper pè, karakteristik nan koòdone a kounye a detèmine pa difizyon elèktron ak twou ki mennen nan yon ranvèse polarite nan jaden elektrik la nan koòdone a ak konsekans yon Voc pozitif (konpare Fig.1d, h). Nan entansite lazè trè wo, rezistans diferans YBCO satire nan yon valè ki koresponn ak eta nòmal la ak tou de Voc ak Isc yo gen tandans varye lineyè ak entansite lazè (Fig. 2b). Obsèvasyon sa a revele ke iradyasyon lazè sou eta nòmal YBCO p ap chanje rezistivite li yo ak karakteristik nan koòdone superconductor-metal men sèlman ogmante konsantrasyon pè yo elèktron-twou.
Pou mennen ankèt sou efè tanperati sou pwopriyete fotovoltaik yo, sistèm metal-superconductor yo te irradie nan katod la ak lazè ble entansite 502 mW/cm2. Koub IV yo jwenn nan tanperati chwazi ant 50 ak 300 K yo bay nan Fig. 3a. Lè sa a, ka jwenn vòltaj sikwi louvri Voc, kout sikwi aktyèl Isc ak rezistans diferans nan koub IV sa yo epi yo montre nan Fig. 3b. San limyè limyè, tout koub IV yo mezire nan diferan tanperati pase orijin nan jan yo espere (ankadreman nan Fig. 3a). Karakteristik IV yo chanje drastikman ak ogmante tanperati lè sistèm lan eklere pa yon gwo bout bwa lazè relativman fò (502 mW/cm2). Nan tanperati ki ba koub IV yo se liy dwat paralèl ak aks I ak valè negatif Voc. Koub sa a deplase anlè ak ogmantasyon tanperati a epi piti piti tounen yon liy ki gen yon pant ki pa zewo nan yon tanperati kritik Tcp (Fig. 3a (anwo)). Li sanble ke tout koub karakteristik IV yo vire toutotou yon pwen nan twazyèm kadran an. Voc ogmante soti nan yon valè negatif nan yon valè pozitif pandan y ap Isc diminye soti nan yon valè pozitif nan yon valè negatif. Pi wo pase tanperati tranzisyon superconducting orijinal Tc nan YBCO, koub IV la chanje yon fason diferan ak tanperati (anba Fig. 3a). Premyèman, sant wotasyon koub IV yo deplase nan premye kadran an. Dezyèmman, Voc kontinye diminye ak Isc ogmante ak ogmante tanperati (anwo Figi 3b). Twazyèmman, pant koub IV yo ogmante lineyè ak tanperati ki lakòz yon koyefisyan rezistans tanperati pozitif pou YBCO (anba Figi 3b).
Depandans tanperati nan karakteristik fotovoltaik pou sistèm keratin YBCO-Ag anba 502 mW / cm2 lumières lazè.
Sant plas lazè a pozisyone alantou elektwòd katod yo (gade Fig. 1i). a, IV koub yo jwenn soti nan 50 a 90 K (anwo) ak soti nan 100 a 300 K (anba) ak yon ogmantasyon tanperati nan 5 K ak 20 K, respektivman. Inset a montre karakteristik IV nan plizyè tanperati nan fè nwa. Tout koub yo travèse pwen orijin lan. b, louvri sikwi vòltaj Voc ak kout sikwi aktyèl Isc (anwo) ak rezistans nan diferans, dV/dI, nan YBCO (anba) kòm yon fonksyon nan tanperati. Tanperati tranzisyon superconducteurs rezistans zewo Tcp pa bay paske li twò pre Tc0.
Twa tanperati kritik yo ka rekonèt nan Fig. 3b: Tcp, pi wo a ki YBCO vin pa superconducting; Tc0, nan ki tou de Voc ak Isc vin zewo ak Tc, orijinal aparisyon superconducting tranzisyon tanperati a nan YBCO san iradyasyon lazè. Anba Tcp ~ 55 K, YBCO lazè a iradyasyon se nan eta superconducting ak konsantrasyon relativman wo nan pè Cooper. Efè iradyasyon lazè se diminye tanperati tranzisyon superconducteurs rezistans zewo soti nan 89 K a ~ 55 K (anba Fig. 3b) pa diminye konsantrasyon pè Cooper nan adisyon a pwodwi vòltaj fotovoltaik ak aktyèl. Ogmante tanperati tou kraze pè Cooper yo ki mennen nan yon potansyèl pi ba nan koòdone la. Kontinwe, valè absoli Voc ap vin pi piti, byenke se menm entansite ekleraj lazè aplike. Potansyèl koòdone a ap vin pi piti ak pi piti ak plis ogmantasyon nan tanperati ak rive nan zewo nan Tc0. Pa gen okenn efè fotovoltaik nan pwen espesyal sa a paske pa gen okenn jaden entèn pou separe pè elektwon-twou foto-induit. Yon polarite ranvèse potansyèl la rive pi wo pase tanperati kritik sa a kòm dansite chaj gratis nan keratin Ag pi gran pase sa ki nan YBCO ki piti piti transfere tounen nan yon materyèl p-tip. Isit la nou vle mete aksan sou ke polarite ranvèse Voc ak Isc rive imedyatman apre tranzisyon an superconducting rezistans zewo, kèlkeswa kòz tranzisyon an. Obsèvasyon sa a revele klèman, pou premye fwa, korelasyon ki genyen ant supèkonduktivite ak efè fotovoltaik ki asosye ak potansyèl koòdone metal-superconductor. Nati potansyèl sa a atravè koòdone metal superconductor-nòmal se te yon konsantre rechèch pou plizyè deseni ki sot pase yo men gen anpil kesyon toujou ap tann yo dwe reponn. Mezi efè fotovoltaik ka pwouve ke se yon metòd efikas pou eksplore detay yo (tankou fòs li yo ak polarite elatriye) nan potansyèl enpòtan sa a e pakonsekan koule limyè sou efè pwoksimite supèrkonduktè tanperati ki wo.
Pli lwen ogmantasyon nan tanperati soti nan Tc0 a Tc mennen nan yon konsantrasyon pi piti nan pè Cooper ak yon amelyorasyon nan potansyèl la koòdone ak kidonk pi gwo Voc. Nan Tc konsantrasyon nan pè Cooper vin zewo ak potansyèl la bati nan koòdone a rive nan yon maksimòm, sa ki lakòz maksimòm Voc ak minimòm Isc. Ogmantasyon rapid nan Voc ak Isc (valè absoli) nan ranje tanperati sa a koresponn ak tranzisyon an superconducting ki elaji soti nan ΔT ~ 3 K a ~ 34 K pa iradyasyon lazè nan entansite 502 mW / cm2 (Fig. 3b). Nan eta nòmal ki pi wo a Tc, vòltaj sikwi louvri Voc la diminye ak tanperati (anwo Figi 3b), menm jan ak konpòtman lineyè Voc pou selil solè nòmal ki baze sou pn junctions31,32,33. Malgre ke pousantaj chanjman nan Voc ak tanperati (-dVoc/dT), ki depann anpil sou entansite lazè, se pi piti anpil pase sa ki nan selil solè nòmal, koyefisyan tanperati a nan Voc pou junction YBCO-Ag gen menm lòd nan grandè ak sa. nan selil solè yo. Kouran flit nan yon junction pn pou yon aparèy selil solè nòmal ogmante ak ogmante tanperati, ki mennen nan yon diminisyon nan Voc kòm tanperati ogmante. Koub lineyè IV yo obsève pou sistèm Ag-superconductor sa a, akòz premyèman potansyèl koòdone piti anpil ak dezyèm koneksyon do-a-do nan de heterojunctions yo, fè li difisil pou detèmine aktyèl la flit. Men, li sanble trè posib ke menm depandans tanperati a nan aktyèl flit ki responsab pou konpòtman Voc obsève nan eksperyans nou an. Dapre definisyon an, Isc se aktyèl ki nesesè pou pwodwi yon vòltaj negatif pou konpanse Voc pou vòltaj total la se zewo. Kòm tanperati a ogmante, Voc vin pi piti pou mwens aktyèl bezwen pou pwodwi vòltaj negatif la. Anplis de sa, rezistans nan YBCO ogmante lineyè ak tanperati ki pi wo a Tc (anba nan Fig. 3b), ki tou kontribye nan pi piti valè absoli nan Isc nan tanperati ki wo.
Remake rezilta yo bay nan Figi 2,3 yo jwenn pa lazè iradyasyon nan zòn nan alantou elektwòd katod. Mezi yo te repete tou ak plas lazè pozisyone nan anod ak menm jan karakteristik IV ak pwopriyete fotovoltaik yo te obsève eksepte ke polarite Voc ak Isc te ranvèse nan ka sa a. Tout done sa yo mennen nan yon mekanis pou efè a fotovoltaik, ki se pre relasyon ak koòdone nan superconductor-metal.
An rezime, karakteristik yo IV nan lazè iradyasyon superconducting YBCO-Ag keratin sistèm yo te mezire kòm fonksyon nan tanperati ak entansite lazè. Yo te obsève efè fotovoltaik remakab nan seri tanperati ki soti nan 50 a 300 K. Li te jwenn ke pwopriyete yo fotovoltaik korelasyon fòtman nan supèrkonduktivite nan seramik YBCO. Yon ranvèse polarite Voc ak Isc rive imedyatman apre tranzisyon foto-induit superconducting a ki pa superconducting. Depandans tanperati Voc ak Isc mezire nan entansite lazè fiks montre tou yon ranvèsman polarite diferan nan yon tanperati kritik pi wo pase echantiyon an vin reziste. Lè nou lokalize plas lazè a nan diferan pati echantiyon an, nou montre ke genyen yon potansyèl elektrik atravè koòdone a, ki bay fòs separasyon pou pè yo foto-induit elèktron-twou. Potansyèl koòdone sa a dirije soti nan YBCO nan elektwòd metal la lè YBCO se superconducting epi chanje nan direksyon opoze a lè echantiyon an vin nonsuperconducting. Orijin potansyèl la ka natirèlman asosye ak efè pwoksimite nan koòdone metal-superconductor lè YBCO se supèrkondiktè epi li estime li dwe ~ 10-8 mV nan 50 K ak yon entansite lazè 502 mW / cm2. Kontak yon materyèl p-tip YBCO nan eta nòmal ak yon materyèl n-tip Ag-paste fòme yon junction quasi-pn ki responsab pou konpòtman fotovoltaik seramik YBCO nan tanperati ki wo. Obsèvasyon ki anwo yo fè limyè sou efè PV nan seramik YBCO supèrkonduktif tanperati ki wo epi ale wout la nan nouvo aplikasyon nan aparèy optoelektwonik tankou detektè limyè pasif vit ak detektè foton sèl.
Eksperyans efè fotovoltaik yo te fèt sou yon echantiyon seramik YBCO nan 0.52 mm epesè ak 8.64 × 2.26 mm2 fòm rektangilè ak eklere pa kontinyèl vag ble-lazè (λ = 450 nm) ak gwosè plas lazè nan 1.25 mm nan reyon. Sèvi ak esansyèl olye ke echantiyon fim mens pèmèt nou etidye pwopriyete yo fotovoltaik nan supèrkondiktè a san yo pa gen fè fas ak enfliyans nan konplèks nan substra a6,7. Anplis, materyèl la esansyèl ta ka fezab pou pwosedi preparasyon senp li yo ak pri relativman ba. Fil plon kwiv yo kole sou echantiyon YBCO a ak keratin ajan ki fòme kat elektwòd sikilè sou 1 mm an dyamèt. Distans ki genyen ant de elektwòd vòltaj yo se apeprè 5 mm. IV karakteristik echantiyon an te mezire lè l sèvi avèk Vibration echantiyon mayetomètr (VersaLab, Quantum Design) ak yon fenèt kristal kwatz. Metòd estanda kat fil te anplwaye pou jwenn koub IV yo. Pozisyon relatif elektwòd yo ak plas lazè yo montre nan Figi 1i.
Ki jan yo site atik sa a: Yang, F. et al. Orijin efè fotovoltaik nan supèrkonduktif YBa2Cu3O6.96 seramik. Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Simetri-entèdi lazè-induit vòltaj nan YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Orijin siyal fotovoltaik anomali nan Y-Ba-Cu-O. Phys. Rev. B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Mezi lazè-pwovoke vòltaj nan superconducting Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Rev. B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Tansyon lazè-pwovoke pasajè nan fim tanperati chanm nan YBa2Cu3O7-x. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Repons fotovoltaik anòmal nan YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Photogenerated piki konpayi asirans twou nan YBa2Cu3O7−x nan yon heterostructure oksid. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Etid fotoemisyon YBa2Cu3Oy fim mens anba limyè limyè. Phys. Rev Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Efè fotovoltaik YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3:Nb heterojunction annealed nan diferan presyon pasyèl oksijèn. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. De-Gap estrikti nan Yb (Y) Ba2Cu3O7-x kristal sèl. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Quasiparticle dinamik detant nan supèrkondiktè ak estrikti diferans diferan: Teyori ak eksperyans sou YBa2Cu3O7-δ . Phys. Rev. B 59, 1497–1506 (1999).
Solèy, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Rektifye pwopriyete yo nan heterojunction YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3:Nb. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Absòpsyon eksitonik ak supèrkonduktivite nan YBa2Cu3O7-δ . Phys. Rev Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Transient fotoinduit konduktiviti nan semiconducting kristal sèl nan YBa2Cu3O6.3: rechèch pou fotoinduced eta metalik ak pou photoinduced supèrkonduktivite. Kominote Eta Solid. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Modèl Tunneling efè pwoksimite supèrkonduktè. Phys. Rev. 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Efè pwoksimite superconducting sonde sou yon echèl longè mezoskopik. Phys. Rev Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Pwoksimite efè ak superconductors noncentrosymmetric. Phys. Rev. B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Bonjan efè pwoksimite superconducting nan estrikti ibrid Pb-Bi2Te3. Sci. Rep. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Yon nouvo fotoselil Silisyòm pn junction pou konvèti radyasyon solè an kouran elektrik. J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Efè enpurte sou longè koerans superconducting nan Zn- oswa Ni-dope YBa2Cu3O6.9 kristal sèl. Phys. Rev. B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance nan Untwinned YBa2Cu3Oy kristal sèl nan yon pakèt domèn dopan: anomali twou-dopan depandans nan longè koerans. Phys. Rev Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Sistematik nan pouvwa tèrmoelektrik nan wo-T, oksid. Phys. Rev. B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Chanjman momantòm depandan nan dansite transpòtè nan pik la aderan ak mòd nan fonon LO nan p-tip segondè-Tc superconductors. Phys. Rev. B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Rediksyon twou ak akimilasyon elèktron nan fim mens YBa2Cu3Oy lè l sèvi avèk yon teknik elektwochimik: Prèv pou yon eta metalik n-kalite. Phys. Rev. B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Fizik ak chimi wotè baryè Schottky. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Efè Dynamic Ekstèn Pè Breaking nan fim Superconducting. Phys. Rev Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Photoinduced amelyorasyon nan supèrkonduktivite. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Fotokonduktivite pèsistan nan fim YBa2Cu3O6 + x kòm yon metòd fotodopaj nan faz metalik ak supèrkonduktif. Phys. Rev. B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Dinamik lasi ki pa lineyè kòm yon baz pou supèrkonduktivite amelyore nan YBa2Cu3O6.5. Nati 516, 71-74 (2014).
Fausti, D. et al. Limyè-induit supèrkonduktivite nan yon bann ki te bay lòd cuprate. Syans 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Tanperati fonksyonèl depandans VOC pou yon selil solè an relasyon ak efikasite nouvo apwòch li. Desalination 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Efè tanperati nan selil solè Silisyòm Schottky-baryè. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Depandans Tanperati pou paramèt aparèy fotovoltaik selil solè polymère-fulerene nan kondisyon fonksyònman. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Travay sa a te sipòte pa Fondasyon Nasyonal Syans Natirèl Lachin nan (sibvansyon nimewo 60571063), Pwojè rechèch fondamantal nan pwovens Henan, Lachin (sibvansyon nimewo 122300410231).
FY te ekri tèks papye a epi MYH te prepare echantiyon seramik YBCO a. FY ak MYH te fè eksperyans lan epi analize rezilta yo. FGC te dirije pwojè a ak entèpretasyon syantifik done yo. Tout otè yo te revize maniskri a.
Travay sa a gen lisans anba yon Lisans Entènasyonal Creative Commons Attribution 4.0. Imaj yo oswa lòt materyèl twazyèm pati nan atik sa a enkli nan lisans Creative Commons atik la, sof si yo endike otreman nan liy kredi a; si materyèl la pa enkli anba lisans Creative Commons, itilizatè yo pral bezwen jwenn pèmisyon nan men detantè lisans lan pou repwodui materyèl la. Pou wè yon kopi lisans sa a, vizite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Orijin nan efè fotovoltaik nan supèrkonduktif YBa2Cu3O6.96 seramik. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Lè w soumèt yon kòmantè ou dakò pou respekte Regleman nou yo ak Gid Kominote yo. Si w jwenn yon bagay ki abizif oswa ki pa konfòme ak kondisyon nou yo oswa direktiv nou yo, tanpri make li kòm pa apwopriye.
Tan poste: Apr-22-2020