Matur nuwun kanggo ngunjungi nature.com. Sampeyan nggunakake versi browser kanthi dhukungan winates kanggo CSS. Kanggo entuk pengalaman sing paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing luwih anyar (utawa mateni mode kompatibilitas ing Internet Explorer). Ing sawetoro wektu, kanggo mesthekake dhukungan terus, kita nampilake situs tanpa gaya lan JavaScript.
Kita nglaporake efek fotovoltaik sing luar biasa ing keramik YBa2Cu3O6.96 (YBCO) antarane 50 lan 300 K sing diakibatake dening katerangan laser biru, sing langsung ana hubungane karo superkonduktivitas YBCO lan antarmuka elektroda YBCO-metallic. Ana kutub kuwalikan kanggo mbukak sirkuit voltase Voc lan short circuit saiki Isc nalika YBCO ngalami transisi saka superconducting kanggo negara resistive. Kita nuduhake yen ana potensial listrik ing antarmuka logam superkonduktor-normal, sing nyedhiyakake pasukan pamisahan kanggo pasangan lubang elektron sing diakibatake foto. Potensi antarmuka iki langsung saka YBCO menyang elektroda logam nalika YBCO superconducting lan ngalih menyang arah ngelawan nalika YBCO dadi nonsuperconducting. Asal saka potensial bisa gampang digandhengake karo efek jarak ing antarmuka logam-superkonduktor nalika YBCO superkonduktor lan nilaie kira-kira ~ 10-8 mV ing 50 K kanthi intensitas laser 502 mW / cm2. Kombinasi saka bahan p-jinis YBCO ing negara normal karo materi n-jinis Ag-tempel mbentuk prapatan quasi-pn kang tanggung jawab kanggo prilaku photovoltaic keramik YBCO ing suhu dhuwur. Panemuan kita bisa mbukak dalan menyang aplikasi anyar piranti foton-elektronik lan menehi cahya luwih akeh babagan efek jarak ing antarmuka superkonduktor-logam.
Tegangan foto-mlebu ing superkonduktor suhu dhuwur wis kacarita ing awal taun 1990-an lan ekstensif diselidiki wiwit, nanging alam lan mekanisme tetep unsettled1,2,3,4,5. Film tipis YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8, utamane, ditliti kanthi intensif ing wangun sel fotovoltaik (PV) amarga celah energi sing bisa diatur9,10,11,12,13. Nanging, resistance dhuwur saka substrat tansah ndadékaké kanggo efficiency konversi kurang saka piranti lan masking sifat PV utami YBCO8. Ing kene kita nglaporake efek fotovoltaik sing luar biasa sing disebabake dening katerangan laser biru (λ = 450 nm) ing keramik YBa2Cu3O6.96 (YBCO) antarane 50 lan 300 K (Tc ~ 90 K). Kita nuduhake yen efek PV langsung ana hubungane karo superkonduktivitas YBCO lan sifat antarmuka elektroda YBCO-metallic. Ana pambalikan polaritas kanggo voltase sirkuit mbukak Voc lan Isc sirkuit cendhak nalika YBCO ngalami transisi saka fase superkonduktor menyang negara resistif. Disaranake manawa ana potensial listrik ing antarmuka logam superkonduktor-normal, sing nyedhiyakake gaya pamisah kanggo pasangan lubang elektron sing diakibatake foto. Potensi antarmuka iki langsung saka YBCO menyang elektroda logam nalika YBCO superconducting lan ngalih menyang arah ngelawan nalika sampel dadi nonsuperconducting. Asal saka potensial bisa uga ana hubungane karo efek jarak 14,15,16,17 ing antarmuka logam-superkonduktor nalika YBCO superkonduktor lan nilaie kira-kira ~ 10−8 mV ing 50 K kanthi intensitas laser 502 mW /cm2. Kombinasi saka YBCO materi p-jinis ing negara normal karo wangun n-jinis materi Ag-tempel, paling kamungkinan, prapatan quasi-pn kang tanggung jawab kanggo prilaku PV keramik YBCO ing suhu dhuwur. Pengamatan kita luwih jelas babagan asal usul efek PV ing keramik YBCO superkonduktor suhu dhuwur lan mbukak dalan kanggo aplikasi ing piranti optoelektronik kayata detektor cahya pasif cepet, lsp.
Figure 1a-c nuduhake yen karakteristik IV sampel keramik YBCO ing 50 K. Tanpa katerangan cahya, voltase tengen sampel tetep ing nol karo owah-owahan saiki, minangka bisa samesthine saka materi superconducting. Efek fotovoltaik sing jelas katon nalika sinar laser diarahake ing katoda (Gambar 1a): kurva IV sing sejajar karo sumbu-I mindhah mudhun kanthi intensitas laser sing tambah. Kabukten ana voltase foto-induced negatif sanajan ora ana arus (asring diarani tegangan sirkuit terbuka Voc). Kemiringan nol saka kurva IV nuduhake yen sampel isih superconducting ing katerangan laser.
(a–c) lan 300 K (e–g). Nilai V(I) dipikolehi kanthi nyapu arus saka -10 mA nganti +10 mA ing vakum. Mung bagean saka data eksperimen diwenehi kanggo kajelasan. a, karakteristik saiki-voltase saka YBCO diukur karo titik laser dipanggonke ing cathode (i). Kabeh kurva IV minangka garis lurus horisontal sing nuduhake sampel isih superkonduktor karo iradiasi laser. Kurva mindhah mudhun kanthi nambah intensitas laser, nuduhake yen ana potensial negatif (Voc) antarane loro voltase ndadékaké malah karo nul saiki. Kurva IV tetep ora owah nalika laser diarahake ing tengah sampel ing eter 50 K (b) utawa 300 K (f). Garis horisontal mundhak nalika anoda dipadhangi (c). Model skematik persimpangan logam-superkonduktor ing 50 K ditampilake ing d. Karakteristik saiki-voltase saka YBCO negara normal ing 300 K diukur karo sinar laser nuding ing cathode lan anode diwenehi ing e lan g mungguh. Beda karo asil ing 50 K, slope non-nol saka garis lurus nuduhake yen YBCO ing negara normal; nilai Voc beda-beda karo kakiyatan cahya ing arah ngelawan, nuduhake mekanisme misahake daya beda. A struktur antarmuka bisa ing 300 K digambarke ing hj Gambar nyata saka sampel karo ndadékaké.
YBCO sing sugih oksigen ing negara superkonduktor bisa nyerep meh kabeh spektrum sinar srengenge amarga celah energi sing cilik banget (Eg)9,10, saengga nggawe pasangan lubang elektron (e–h). Kanggo ngasilake voltase sirkuit terbuka Voc kanthi nyerep foton, perlu dipisahake pasangan eh foto-digawe sacara spasial sadurunge rekombinasi dumadi18. Voc negatif, relatif kanggo katoda lan anoda minangka dituduhake ing Fig. 1i, tabet sing ana potensial listrik tengen antarmuka logam-superkonduktor, kang nyapu elektron menyang anoda lan bolongan kanggo cathode. Yen ngono, kudu ana potensial pointing saka superkonduktor menyang elektroda logam ing anode. Akibaté, Voc positif bakal dipikolehi yen area sampel cedhak anoda dipadhangi. Salajengipun, ngirim ora ana voltase foto-mlebu nalika titik laser kang nuding menyang wilayah adoh saka elektrods. Mesthi wae kaya sing bisa dideleng saka Gambar 1b,c!.
Nalika titik cahya pindhah saka elektroda katoda menyang tengah sampel (kira-kira 1,25 mm saka antarmuka), ora ana variasi kurva IV lan ora ana Voc sing bisa diamati kanthi nambah intensitas laser menyang nilai maksimum sing kasedhiya (Fig. 1b) . Alamiah, asil iki bisa dianggep minangka umur winates saka operator foto-mlebu lan lack saka pasukan pamisahan ing sampel. Pasangan èlèktron-lubang bisa digawé nalika sampel disinari, nanging akèh-akèhé pasangan e-h bakal sirna lan ora ana efek fotovoltaik yen titik laser tiba ing wilayah sing adoh saka elektroda. Ngalih titik laser menyang elektroda anoda, kurva IV podo karo sumbu-I gerakane munggah karo nambah kakiyatan laser (Fig. 1c). Medan listrik sing padha ana ing persimpangan logam-superkonduktor ing anoda. Nanging, elektroda metalik nyambung menyang timbal positif sistem tes wektu iki. Bolongan sing diprodhuksi dening laser di-push menyang timbal anoda lan kanthi mangkono Voc positif diamati. Asil presented kene nyedhiyani bukti kuwat sing ana tenan potensial antarmuka pointing saka superkonduktor kanggo elektroda logam.
Efek fotovoltaik ing keramik YBa2Cu3O6.96 ing 300 K ditampilake ing Fig. 1e-g. Tanpa katerangan cahya, kurva IV saka sampel minangka garis lurus sing nyabrang asal. garis lurus iki gerakane munggah podo karo asli karo nambah intensitas laser irradiating ing cathode ndadékaké (Fig. 1e). Ana rong kasus watesan kapentingan kanggo piranti fotovoltaik. Kondisi short-circuit occurs nalika V = 0. Arus ing kasus iki diarani minangka short circuit saiki (Isc). Kasus watesan kapindho yaiku kondisi sirkuit terbuka (Voc) sing kedadeyan nalika R→∞ utawa arus nol. Gambar 1e kanthi jelas nuduhake yen Voc positif lan mundhak kanthi intensitas cahya sing tambah, beda karo asil sing dipikolehi ing 50 K; nalika Isc negatif diamati kanggo nambah gedhene karo katerangan cahya, prilaku khas sel solar normal.
Kajaba iku, nalika sinar laser diarahake ing wilayah sing adoh saka elektroda, kurva V (I) ora gumantung saka intensitas laser lan ora ana efek fotovoltaik sing katon (Fig. 1f). Kaya pangukuran ing 50 K, kurva IV pindhah menyang arah ngelawan nalika elektroda anoda disinari (Fig. 1g). Kabeh asil sing dipikolehi kanggo sistem tempel YBCO-Ag iki ing 300 K kanthi sinar laser ing macem-macem posisi sampel konsisten karo potensial antarmuka sing beda karo sing diamati ing 50 K.
Umume elektron kondensasi ing pasangan Cooper ing YBCO superkonduktor ing ngisor suhu transisi Tc. Nalika ing elektroda logam, kabeh elektron tetep ing wangun tunggal. Ana gradien kapadhetan gedhe kanggo elektron tunggal lan pasangan Cooper ing sacedhake antarmuka logam-superkonduktor. Elektron tunggal pembawa mayoritas ing materi metalik bakal nyebar menyang wilayah superkonduktor, dene pasangan Cooper pembawa mayoritas ing wilayah YBCO bakal nyebar menyang wilayah logam. Nalika pasangan Cooper mawa muatan luwih akeh lan nduweni mobilitas sing luwih gedhe tinimbang elektron tunggal sing nyebar saka YBCO menyang wilayah metalik, atom-atom sing muatan positif ditinggalake, nyebabake medan listrik ing wilayah muatan angkasa. Arah medan listrik iki ditampilake ing diagram skematik Fig. 1d. Iluminasi foton kedadean cedhak wilayah muatan spasi bisa nggawe pasangan eh sing bakal dipisahake lan kesapu metu ngasilake arus foto ing arah bias mundur. Sanalika elektron metu saka lapangan listrik sing dibangun, dikondensasi dadi pasangan lan mili menyang elektroda liyane tanpa resistensi. Ing kasus iki, Voc ngelawan polaritas sing wis disetel lan nampilake nilai negatif nalika sinar laser nuding menyang area sekitar elektroda negatif. Saka nilai Voc, potensial antarane antarmuka bisa dikira: jarak antarane loro voltase ndadékaké d ~ 5 × 10−3 m, kekandelan antarmuka logam-superkonduktor, di, kudu padha urutan gedhene. minangka dawa koherensi superkonduktor YBCO (~1 nm)19,20, njupuk nilai Voc = 0,03 mV, potensial Vms ing antarmuka logam-superkonduktor dievaluasi dadi ~10−11 V ing 50 K kanthi intensitas laser 502 mW/cm2, nggunakake persamaan,
Kita pengin nandheske ing kene yen voltase sing disebabake foto ora bisa diterangake kanthi efek termal foto. Wis ditetepake kanthi eksperimen yen koefisien Seebeck saka superkonduktor YBCO yaiku Ss = 021. Koefisien Seebeck kanggo kabel timbal tembaga ana ing kisaran SCu = 0,34–1,15 μV/K3. Suhu kabel tembaga ing titik laser bisa diunggahake kanthi jumlah cilik 0,06 K kanthi intensitas laser maksimal sing kasedhiya ing 50 K. Iki bisa ngasilake potensial termoelektrik 6,9 × 10−8 V yaiku telung ordo magnitudo luwih cilik tinimbang Voc dipikolehi ing Fig 1 (a). Katon yen efek termoelektrik cilik banget kanggo nerangake asil eksperimen. Nyatane, variasi suhu amarga iradiasi laser bakal ilang kurang saka siji menit supaya kontribusi saka efek termal bisa diabaikan kanthi aman.
Efek fotovoltaik saka YBCO ing suhu kamar nuduhake yen mekanisme pemisahan muatan sing beda ing kene. Superconducting YBCO ing negara normal minangka bahan p-jinis kanthi bolongan minangka pembawa muatan22,23, dene metalik Ag-tempel nduweni ciri saka bahan tipe-n. Similar to pn junctions, difusi elektron ing tempel perak lan bolongan ing keramik YBCO bakal mbentuk medan listrik internal sing nuding keramik YBCO ing antarmuka (Fig. 1h). Iki lapangan internal sing nyedhiyani pasukan misahake lan ndadékaké menyang Voc positif lan Isc negatif kanggo sistem tempel YBCO-Ag ing suhu kamar, minangka ditampilake ing Fig. Utawa, Ag-YBCO bisa mbentuk persimpangan Schottky tipe p sing uga ndadékaké potensial antarmuka kanthi polaritas sing padha karo model sing ditampilake ing ndhuwur24.
Kanggo neliti proses evolusi rinci sifat fotovoltaik sajrone transisi superkonduktor YBCO, kurva IV sampel ing 80 K diukur kanthi intensitas laser sing dipilih sing madhangi ing elektroda katoda (Gambar 2). Tanpa iradiasi laser, voltase liwat sampel tetep ing nol preduli saka saiki, nuduhake negara superconducting saka sampel ing 80 K (Fig. 2a). Kaya data sing dipikolehi ing 50 K, kurva IV sejajar karo sumbu-I mindhah mudhun kanthi nambah intensitas laser nganti tekan nilai kritis Pc. Ndhuwur intensitas laser kritis (Pc), superkonduktor ngalami transisi saka fase superkonduktor menyang fase resistif; voltase wiwit nambah karo saiki amarga katon saka resistance ing superkonduktor. Akibaté, kurva IV wiwit intersect karo sumbu-I lan sumbu-V anjog menyang Voc negatif lan Isc positif ing wiwitan. Saiki sampel misale jek ing negara khusus kang polaritas Voc lan Isc arang banget sensitif intensitas cahya; kanthi tambah cilik ing intensitas cahya, Isc diowahi saka positif dadi negatif lan Voc saka negatif dadi positif, ngliwati asal (sensitivitas dhuwur saka sifat fotovoltaik, utamane nilai Isc, kanggo katerangan cahya bisa katon luwih cetha ing Fig. 2b). Ing intensitas laser paling dhuwur sing kasedhiya, kurva IV arep sejajar karo saben liyane, sing nuduhake kahanan normal sampel YBCO.
Pusat titik laser dipanggonke watara elektroda katoda (ndeleng Fig. 1i). a, IV kurva saka YBCO iradiated karo kakiyatan laser beda. b (ndhuwur), Laser intensitas katergantungan saka mbukak sirkuit voltase Voc lan short circuit saiki Isc. Nilai Isc ora bisa dipikolehi kanthi intensitas cahya sing sithik (<110 mW/cm2) amarga kurva IV sejajar karo sumbu-I nalika sampel ana ing negara superkonduktor. b (ngisor), resistance diferensial minangka fungsi intensitas laser.
Katergantungan intensitas laser Voc lan Isc ing 80 K ditampilake ing Fig. 2b (ndhuwur). Sifat fotovoltaik bisa dibahas ing telung wilayah intensitas cahya. Wilayah pisanan yaiku antarane 0 lan Pc, ing ngendi YBCO superkonduktor, Voc negatif lan suda (munggah nilai absolut) kanthi intensitas cahya lan tekan minimal ing Pc. Wilayah kapindho yaiku saka Pc menyang intensitas kritis liyane P0, ing ngendi Voc mundhak nalika Isc mudhun kanthi intensitas cahya sing tambah lan loro-lorone tekan nol ing P0. Wilayah katelu ing ndhuwur P0 nganti kondisi normal YBCO tekan. Sanajan Voc lan Isc beda-beda kanthi intensitas cahya kanthi cara sing padha karo ing wilayah 2, padha duwe polaritas ngelawan ing ndhuwur intensitas kritis P0. Wigati P0 dumunung ing ora ana efek fotovoltaik lan mekanisme pamisahan muatan diganti sacara kualitatif ing titik tartamtu iki. Sampel YBCO dadi non-superkonduktor ing sawetara intensitas cahya nanging kahanan normal durung bisa digayuh.
Cetha, karakteristik fotovoltaik sistem kasebut raket banget karo superkonduktivitas YBCO lan transisi superkonduktor. Resistansi diferensial, dV/dI, saka YBCO ditampilake ing Fig. 2b (ngisor) minangka fungsi intensitas laser. Kaya kasebut sadurunge, potensial listrik mbangun ing antarmuka amarga titik difusi pasangan Cooper saka superkonduktor menyang logam. Kaya sing diamati ing 50 K, efek fotovoltaik ditambah kanthi nambah intensitas laser saka 0 nganti Pc. Nalika intensitas laser tekan nilai rada ndhuwur Pc, kurva IV wiwit ngiringake lan resistance saka sampel wiwit katon, nanging polaritas potensial antarmuka durung diganti. Efek eksitasi optik ing superkonduktivitas wis diselidiki ing wilayah sing katon utawa cedhak-IR. Nalika proses dhasar kanggo break munggah pasangan Cooper lan numpes superkonduktivitas25,26, ing sawetara kasus superconductivity transisi bisa ditingkatake27,28,29, fase anyar saka superkonduktivitas malah bisa induced30. Ora ana superkonduktivitas ing Pc bisa dianggep minangka pasangan sing diakibatake foto. Ing titik P0, potensial antarane antarmuka dadi nol, nuduhake Kapadhetan pangisian daya ing loro-lorone saka antarmuka tekan tingkat padha ing intensitas tartamtu saka katerangan cahya. Tambah luwih ing intensitas laser asil ing liyane Cooper pasangan kang numpes lan YBCO mboko sithik rubah bali menyang materi p-jinis. Tinimbang difusi pasangan elektron lan Cooper, fitur antarmuka saiki ditemtokake dening difusi elektron lan bolongan sing ndadékaké pambalikan polaritas medan listrik ing antarmuka lan akibaté Voc positif (bandhingake Fig.1d,h). Ing intensitas laser dhuwur banget, resistance diferensial saka YBCO saturates menyang Nilai cocog kanggo negara normal lan loro Voc lan Isc kathah beda-beda linearly karo intensitas laser (Fig. 2b). Pengamatan iki nuduhake yen iradiasi laser ing YBCO negara normal ora bakal ngganti resistivitas lan fitur antarmuka superkonduktor-logam nanging mung nambah konsentrasi pasangan lubang elektron.
Kanggo neliti efek suhu ing sifat fotovoltaik, sistem superkonduktor logam disinari ing katoda kanthi intensitas laser biru 502 mW / cm2. Kurva IV sing dipikolehi ing suhu sing dipilih antarane 50 lan 300 K diwenehi ing Fig. 3a. Voltase sirkuit mbukak Voc, Isc saiki sirkuit cendhak lan resistance diferensial banjur bisa dijupuk saka kurva IV iki lan ditampilake ing Fig.. 3b. Tanpa katerangan cahya, kabeh kurva IV sing diukur ing suhu sing beda-beda ngliwati asal kaya sing dikarepake (inset saka Fig. 3a). Karakteristik IV owah-owahan drastis kanthi nambah suhu nalika sistem dipadhangi sinar laser sing relatif kuwat (502 mW / cm2). Ing suhu kurang, kurva IV minangka garis lurus sing sejajar karo sumbu-I kanthi nilai negatif Voc. Kurva iki mindhah munggah karo nambah suhu lan mboko sithik dadi garis karo slope nonzero ing suhu kritis Tcp (Fig. 3a (ndhuwur)). Iku misale jek sing kabeh kurva karakteristik IV muter watara titik ing kuadran katelu. Voc mundhak saka nilai negatif dadi positif nalika Isc mudhun saka nilai positif dadi negatif. Ndhuwur suhu transisi superkonduktor asli Tc saka YBCO, kurva IV owah-owahan rada beda karo suhu (ngisor Fig. 3a). Kaping pisanan, pusat rotasi kurva IV pindhah menyang kuadran pisanan. Kapindho, Voc terus mudhun lan Isc mundhak kanthi nambah suhu (ndhuwur Fig. 3b). Katelu, slope saka kurva IV mundhak linearly karo suhu asil ing koefisien suhu positif saka resistance kanggo YBCO (ngisor Fig. 3b).
Katergantungan suhu karakteristik fotovoltaik kanggo sistem tempel YBCO-Ag ing katerangan laser 502 mW / cm2.
Pusat titik laser dipanggonke watara elektroda katoda (ndeleng Fig. 1i). a, kurva IV dipikolehi saka 50 nganti 90 K (ndhuwur) lan saka 100 nganti 300 K (ngisor) kanthi kenaikan suhu 5 K lan 20 K. Inset a nuduhake karakteristik IV ing sawetara suhu ing peteng. Kabeh kurva ngliwati titik asal. b, mbukak sirkuit voltase Voc lan short circuit saiki Isc (ndhuwur) lan resistance diferensial, dV / dI, saka YBCO (ngisor) minangka fungsi saka suhu. Suhu transisi superkonduktor nol resistensi Tcp ora diwenehi amarga cedhak banget karo Tc0.
Telung suhu kritis bisa diakoni saka Fig. 3b: Tcp, ing ndhuwur YBCO dadi non-superconducting; Tc0, ing ngendi Voc lan Isc dadi nol lan Tc, suhu transisi superkonduktor asli YBCO tanpa iradiasi laser. Ing ngisor Tcp ~ 55 K, YBCO sing disinari laser ana ing negara superkonduktor kanthi konsentrasi pasangan Cooper sing relatif dhuwur. Efek iradiasi laser yaiku nyuda suhu transisi superkonduktor resistensi nol saka 89 K nganti ~ 55 K (ngisor Fig. 3b) kanthi ngurangi konsentrasi pasangan Cooper saliyane ngasilake tegangan lan arus fotovoltaik. Nambah suhu uga ngilangi pasangan Cooper sing ndadékaké potensial sing luwih murah ing antarmuka. Akibate, nilai Absolute Voc bakal dadi luwih cilik, sanajan intensitas cahya laser sing padha ditrapake. Potensi antarmuka bakal dadi luwih cilik lan luwih cilik kanthi nambah suhu lan tekan nol ing Tc0. Ora ana efek fotovoltaik ing titik khusus iki amarga ora ana lapangan internal kanggo misahake pasangan lubang elektron sing diakibatake foto. Pembalikan polaritas potensial dumadi ing ndhuwur suhu kritis iki amarga kapadhetan muatan gratis ing tempel Ag luwih gedhe tinimbang ing YBCO sing ditransfer kanthi bertahap menyang materi tipe-p. Kene kita arep kanggo nandheske sing kuwalik polaritas Voc lan Isc occurs sanalika sawise transisi superconducting nul resistance, preduli saka sabab saka transisi. Pengamatan iki nuduhake kanthi jelas, kanggo pisanan, korélasi antara superkonduktivitas lan efek fotovoltaik sing ana hubungane karo potensial antarmuka logam-superkonduktor. Sifat potensial iki ing antarmuka logam superkonduktor-normal wis dadi fokus riset kanggo sawetara dekade pungkasan nanging ana akeh pitakonan sing isih nunggu dijawab. Pangukuran efek fotovoltaik bisa dadi cara sing efektif kanggo njelajah rincian (kayata kekuatan lan polaritas lan sapiturute) saka potensial penting iki lan kanthi mangkono menehi cahya babagan efek jarak superkonduktor suhu dhuwur.
Tambah luwih ing suhu saka Tc0 kanggo Tc ndadékaké menyang konsentrasi cilik saka pasangan Cooper lan penambahan ing potensial antarmuka lan akibate luwih gedhe Voc. Ing Tc konsentrasi pasangan Cooper dadi nul lan potensial mbangun ing antarmuka tekan maksimum, asil ing Voc maksimum lan Isc minimal. Tambah cepet saka Voc lan Isc (nilai mutlak) ing sawetara suhu iki cocog karo transisi superconducting kang widened saka ΔT ~ 3 K kanggo ~ 34 K dening iradiasi laser saka intensitas 502 mW/cm2 (Fig. 3b). Ing negara normal ndhuwur Tc, voltase sirkuit mbukak Voc sudo karo suhu (ndhuwur Fig. 3b), padha karo prilaku linear saka Voc kanggo sel solar normal adhedhasar pn junctions31,32,33. Sanajan tingkat owah-owahan Voc kanthi suhu (-dVoc/dT), sing gumantung banget marang intensitas laser, luwih cilik tinimbang sel surya normal, koefisien suhu Voc kanggo persimpangan YBCO-Ag nduweni urutan gedhene sing padha. saka sel surya. Arus bocor saka prapatan pn kanggo piranti sel solar normal mundhak karo suhu mundhak, anjog menyang nyuda ing Voc nalika suhu mundhak. Kurva IV linear diamati kanggo sistem Ag-superkonduktor iki, amarga pisanan potensial antarmuka cilik lan sareh sambungan back-to-back saka loro heterojunctions, ndadekake angel kanggo nemtokake saiki bocor. Nanging, kemungkinan banget yen katergantungan suhu sing padha karo arus bocor tanggung jawab kanggo prilaku Voc sing diamati ing eksperimen kita. Miturut definisi, Isc minangka arus sing dibutuhake kanggo ngasilake voltase negatif kanggo ngimbangi Voc supaya voltase total nol. Nalika suhu mundhak, Voc dadi luwih cilik supaya saiki kurang dibutuhake kanggo ngasilake voltase negatif. Salajengipun, resistance saka YBCO mundhak linearly karo suhu ndhuwur Tc (ngisor Fig. 3b), kang uga nyumbang kanggo Nilai Absolute cilik saka Isc ing suhu dhuwur.
Elinga yen asil sing diwenehi ing Fig 2,3 dipikolehi kanthi sinar laser ing area sekitar elektroda katoda. Pangukuran uga diulang kanthi titik laser sing dipanggonke ing anoda lan karakteristik IV lan sifat fotovoltaik sing padha wis diamati kajaba polaritas Voc lan Isc wis dibalik ing kasus iki. Kabeh data kasebut nyebabake mekanisme efek fotovoltaik, sing ana hubungane karo antarmuka superkonduktor-logam.
Ing ringkesan, karakteristik IV sistem tempel YBCO-Ag superkonduktor sinar laser wis diukur minangka fungsi suhu lan intensitas laser. Efek fotovoltaik sing luar biasa wis diamati ing kisaran suhu saka 50 nganti 300 K. Ditemokake yen sifat fotovoltaik hubungane banget karo superkonduktivitas keramik YBCO. Pembalikan polaritas Voc lan Isc kedadeyan sanalika sawise superkonduktor sing diakibatake foto menyang transisi non-superkonduktor. Katergantungan suhu Voc lan Isc sing diukur ing intensitas laser tetep nuduhake uga kuwalikan polaritas sing béda ing suhu kritis ing ndhuwur sampel dadi resistif. Kanthi nemokake titik laser ing bagean sampel sing beda-beda, kita nuduhake yen ana potensial listrik ing antarmuka, sing menehi daya pamisah kanggo pasangan lubang elektron sing diakibatake foto. Potensi antarmuka iki langsung saka YBCO menyang elektroda logam nalika YBCO superconducting lan ngalih menyang arah ngelawan nalika sampel dadi nonsuperconducting. Asal-usul potensial kasebut bisa uga ana hubungane karo efek jarak ing antarmuka logam-superkonduktor nalika YBCO dadi superkonduktor lan kira-kira ~10−8 mV ing 50 K kanthi intensitas laser 502 mW/cm2. Kontak saka bahan p-jinis YBCO ing negara normal karo materi n-jinis Ag-tempel mbentuk prapatan quasi-pn kang tanggung jawab kanggo prilaku photovoltaic keramik YBCO ing suhu dhuwur. Pengamatan ing ndhuwur nuduhake efek PV ing keramik YBCO superkonduktor suhu dhuwur lan mbukak dalan kanggo aplikasi anyar ing piranti optoelektronik kayata detektor cahya pasif cepet lan detektor foton tunggal.
Eksperimen efek fotovoltaik ditindakake ing sampel keramik YBCO kanthi kekandelan 0,52 mm lan bentuk persegi panjang 8,64 × 2,26 mm2 lan dipadhangi dening laser biru gelombang kontinu (λ = 450 nm) kanthi ukuran titik laser radius 1,25 mm. Nggunakake sampel film akeh tinimbang film tipis ngidini kita nyinaoni sifat fotovoltaik superkonduktor tanpa kudu ngatasi pengaruh kompleks substrat6,7. Kajaba iku, materi akeh bisa kondusif kanggo prosedur preparation prasaja lan biaya relatif murah. Kabel timbal tembaga digabungake ing sampel YBCO kanthi tempel salaka mbentuk papat elektroda bunder babagan diameter 1 mm. Jarak antarane rong elektroda voltase kira-kira 5 mm. Karakteristik IV sampel diukur nggunakake magnetometer sampel geter (VersaLab, Quantum Design) kanthi jendela kristal kuarsa. Cara standar papat kawat digunakake kanggo entuk kurva IV. Posisi relatif saka elektroda lan titik laser ditampilake ing Fig. 1i.
Piye carane ngutip artikel iki: Yang, F. et al. Asal saka efek fotovoltaik ing superkonduktor YBa2Cu3O6.96 keramik. Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038 / srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Symmetry-dilarang laser-mlebu voltase ing YBa2Cu3O7. Phys. Wahyu B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Asal saka sinyal fotovoltaik anomali ing Y-Ba-Cu-O. Phys. Wahyu B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Pengukuran tegangan laser-induced superkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Wahyu B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Tegangan laser-mlebu transien ing film suhu kamar saka YBa2Cu3O7-x. J. Aplikasi Phys. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Anomali fotovoltaik respon ing YBa2Cu3O7. Phys. Wahyu B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Photogenerated hole carrier injection to YBa2Cu3O7−x in an oxide heterostructure. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Sinau fotoemisi film tipis YBa2Cu3Oy ing katerangan cahya. Phys. Pdt. Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Efek fotovoltaik saka YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3: Nb heterojunction anil ing tekanan parsial oksigen sing beda. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. Struktur Two-Gap ing kristal tunggal Yb(Y)Ba2Cu3O7-x. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Dinamika relaksasi quasiparticle ing superkonduktor kanthi struktur celah sing beda: Teori lan eksperimen ing YBa2Cu3O7-δ. Phys. Wahyu B 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Sifat koreksi saka YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Excitonic absorption and superconductivity in YBa2Cu3O7-δ. Phys. Pdt. Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Transient photoinduced conductivity in semiconducting single crystals of YBa2Cu3O6.3: search for photoinduced metallic state and for photoinduced superconductivity. Komunitas Solid State. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Tunneling model efek jarak superkonduktor. Phys. Wahyu 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Efek jarak superkonduktor diteliti ing skala dawa mesoskopik. Phys. Pdt. Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Efek jarak karo superkonduktor noncentrosymmetric. Phys. Wahyu B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Efek jarak superkonduktor sing kuat ing struktur hibrida Pb-Bi2Te3. Sci. Rep. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Photocell silikon pn junction anyar kanggo ngowahi radiasi surya dadi tenaga listrik. J. Aplikasi. Phys. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Efek impurity ing dawa koherensi superkonduktor ing Zn- utawa Ni-doped YBa2Cu3O6.9 kristal tunggal. Phys. Wahyu B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance saka Untwinned YBa2Cu3Oy kristal siji ing sawetara saka sudhut doping: katergantungan bolongan-doping anomali saka dawa koherensi. Phys. Pdt. Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Systematics ing daya thermoelectric dhuwur-T, oksida. Phys. Wahyu B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Pergeseran momentum sing gumantung marang kapadhetan operator saka puncak sing koheren lan mode fonon LO ing superkonduktor Tc dhuwur tipe-p. Phys. Wahyu B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Pengurangan bolongan lan akumulasi elektron ing film tipis YBa2Cu3Oy nggunakake teknik elektrokimia: Bukti kanggo negara metalik tipe-n. Phys. Wahyu B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Fisika lan kimia saka dhuwur alangi Schottky. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Efek saka Dynamic External Pair Breaking in Superconducting Films. Phys. Pdt. Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Peningkatan superkonduktivitas fotoinduksi. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Fotokonduktivitas persisten ing film YBa2Cu3O6+x minangka metode fotodoping menyang fase metalik lan superkonduktor. Phys. Wahyu B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Dinamika kisi nonlinier minangka basis kanggo superkonduktivitas ditingkatake ing YBa2Cu3O6.5. Alam 516, 71–74 (2014).
Fausti, D. et al. Superkonduktivitas sing diakibatake cahya ing cuprate berurutan belang. Ilmu 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA The temperature functional dependence of VOC for a solar cell in relation to its efficiency new approach. Desalinasi 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Efek suhu ing sel surya silikon Schottky-barrier. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Suhu katergantungan kanggo paramèter piranti photovoltaic sel solar polymer-fullerene ing kahanan operasi. J. Aplikasi Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Karya iki wis didhukung dening National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60571063), Proyek Riset Fundamental Provinsi Henan, China (Grant No. 122300410231).
FY nulis teks kertas lan MYH nyiapake sampel keramik YBCO. FY lan MYH nindakake eksperimen lan nganalisa asil. FGC mimpin proyek lan interpretasi ilmiah data kasebut. Kabeh penulis mriksa naskah kasebut.
Karya iki dilisensi miturut Lisensi Internasional Atribusi Creative Commons 4.0. Gambar utawa materi pihak katelu liyane ing artikel iki kalebu ing lisensi Creative Commons artikel, kajaba dituduhake ing baris kredit; yen materi kasebut ora kalebu ing lisensi Creative Commons, pangguna kudu njaluk ijin saka sing duwe lisensi kanggo ngasilake materi kasebut. Kanggo ndeleng salinan lisensi iki, bukak http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Asal saka efek photovoltaic ing superconducting YBa2Cu3O6.96 keramik. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Kanthi ngirim komentar, sampeyan setuju kanggo netepi Ketentuan lan Pedoman Komunitas. Yen sampeyan nemokake sing nyiksa utawa ora tundhuk karo syarat utawa pedoman kita, mangga tandhani minangka ora pantes.
Wektu kirim: Apr-22-2020