Misaotra anao nitsidika ny nature.com. Mampiasa dikan-tranonkala misy fanohanana voafetra ho an'ny CSS ianao. Mba hahazoana traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa mpitety tranonkala vaovao kokoa (na vonoy ny maodely mifanentana amin'ny Internet Explorer). Mandritra izany fotoana izany, mba hiantohana ny fanohanana mitohy, dia mampiseho ny tranokala tsy misy fomba sy JavaScript izahay.
Mitatitra ny vokatry ny photovoltaic miavaka ao amin'ny YBa2Cu3O6.96 (YBCO) seramika eo anelanelan'ny 50 sy 300 K vokatry ny hazavana laser manga, izay mifandray mivantana amin'ny superconductivity ny YBCO sy ny YBCO-metaly electrode interface tsara. Misy ny fiverenana amin'ny polarity ho an'ny voc voc voc sy ny Isc circuit fohy rehefa mandalo ny fiovan'ny YBCO avy amin'ny superconducting mankany amin'ny resistive state. Asehontsika fa misy hery elektrônika manerana ny fifandraisana metaly superconductor-normal, izay manome ny hery fisarahana ho an'ireo mpivady elektrôna-lavaka misy sary. Ity mety interface ity dia mitarika avy amin'ny YBCO mankany amin'ny electrode metaly rehefa superconducting ny YBCO ary mihodina amin'ny lalana mifanohitra rehefa lasa tsy superconducting ny YBCO. Ny niandohan'ny mety ho mora mifandray amin'ny fiantraikany akaiky amin'ny metaly-superconductor interface tsara rehefa YBCO dia superconducting ary ny sandany dia tombanana ho ~ 10-8 mV amin'ny 50 K amin'ny laser hamafin'ny 502 mW / cm2. Ny fitambaran'ny akora p-karazana YBCO amin'ny fanjakana ara-dalàna miaraka amin'ny akora-n-karazana Ag-paste dia mamorona junction quasi-pn izay tompon'andraikitra amin'ny fihetsika photovoltaic ny seramika YBCO amin'ny hafanana avo. Ny fikarohanay dia mety hanokatra ny lalana mankany amin'ny fampiharana vaovao amin'ny fitaovana photon-elektronika ary manazava bebe kokoa ny fiantraikan'ny akaiky amin'ny fifandraisana superconductor-metaly.
Ny voltase azo avy amin'ny sary amin'ny superconductors amin'ny mari-pana ambony dia notaterina tany am-piandohan'ireo taona 1990 ary nohadihadiana fatratra hatramin'izay, saingy mbola tsy milamina ny toetrany sy ny fomba fiasany1,2,3,4,5. YBa2Cu3O7-δ (YBCO) sarimihetsika manify6,7,8, indrindra indrindra, dia nodinihina lalina tamin'ny endrika sela photovoltaic (PV) noho ny elanelana angovo azo amboarina9,10,11,12,13. Na izany aza, ny fanoherana avo lenta amin'ny substrate dia mitarika hatrany amin'ny fahombiazan'ny fiovam-po amin'ny fitaovana ary manarona ny fananana PV voalohany an'ny YBCO8. Eto izahay dia mitatitra ny fiantraikan'ny photovoltaic mahavariana vokatry ny hazavana laser manga (λ = 450 nm) ao amin'ny seramika YBa2Cu3O6.96 (YBCO) eo anelanelan'ny 50 sy 300 K (Tc ~ 90 K). Asehontsika fa ny fiantraikan'ny PV dia mifandray mivantana amin'ny superconductivity ny YBCO sy ny toetry ny YBCO-metaly electrode interface tsara. Misy ny fiverenan'ny polarity ho an'ny voc voc voc sy ny Isc circuit fohy rehefa mandalo ny fiovan'ny YBCO avy amin'ny dingana superconducting mankany amin'ny fanjakana resistive. Soso-kevitra fa misy hery elektrônika manerana ny fifandraisana metaly superconductor-normal, izay manome ny hery fisarahana ho an'ireo mpivady elektrônika misy sary. Ity mety interface ity dia mitarika avy amin'ny YBCO mankany amin'ny electrode metaly rehefa superconducting ny YBCO ary mivadika mankany amin'ny lalana mifanohitra rehefa lasa nonsuperconducting ny santionany. Ny niandohan'ny mety dia mety ho voajanahary mifandray amin'ny akaiky effect14,15,16,17 amin'ny metaly-superconductor interface tsara rehefa YBCO dia superconducting ary ny sandany dia tombanana ho ~ 10−8 mV amin'ny 50 K amin'ny laser hamafin'ny 502 mW. /cm2. Ny fitambaran'ny akora p-karazana YBCO amin'ny fanjakana ara-dalàna miaraka amin'ny akora-n-karazana Ag-mametaka, azo inoana fa, junction quasi-pn izay tompon'andraikitra amin'ny fitondran-tena PV ny seramika YBCO amin'ny hafanana avo. Ny fandinihanay dia nanazava bebe kokoa ny niandohan'ny fiantraikan'ny PV amin'ny seramika YBCO superconducting amin'ny mari-pana ambony ary manokatra ny lalana ho an'ny fampiharana azy amin'ny fitaovana optoelectronic toy ny detector light passive fast sns.
Ny sary 1a-c dia mampiseho fa ny toetran'ny IV amin'ny santionan'ny seramika YBCO amin'ny 50 K. Raha tsy misy hazavana mazava, dia mijanona amin'ny zero ny voltase manerana ny santionany amin'ny fiovan'ny ankehitriny, araka izay azo antenaina amin'ny fitaovana superconducting. Miseho ny effet photovoltaic miharihary rehefa mitodika any amin'ny cathode ny taratra laser (sary 1a): Mihetsika midina midina ny fiolahana IV mifanandrify amin'ny axe-I miaraka amin'ny fitomboan'ny herin'ny laser. Hita miharihary fa misy voltase mivaingana azo avy amin'ny sary na dia tsy misy courant aza (matetika antsoina hoe voc circuit open). Ny slope aotra amin'ny curve IV dia manondro fa ny santionany dia mbola superconducting eo ambanin'ny hazavana laser.
(a–c) ary 300 K (e–g). Ny sandan'ny V(I) dia azo tamin'ny famafana ny courant avy amin'ny -10 mA ka hatramin'ny +10 mA amin'ny vacuum. Ampahany amin'ny angon-drakitra andrana ihany no aseho mba ho mazava. a, Toetran'ny herinaratra amin'izao fotoana izao ny YBCO refesina amin'ny teboka laser napetraka amin'ny cathode (i). Ny curve IV rehetra dia tsipika mahitsy mitsivalana izay manondro fa ny santionany dia mbola superconducting amin'ny taratra laser. Ny curve dia midina miaraka amin'ny fampitomboana ny hamafin'ny laser, izay manondro fa misy ny mety ho ratsy (Voc) eo anelanelan'ny tariby roa na dia tsy misy ankehitriny aza. Ny fiolahana IV dia mijanona tsy miova rehefa ny laser dia mitodika any afovoan'ny santionany amin'ny etera 50 K (b) na 300 K (f). Miakatra miakatra ny tsipika mitsivalana rehefa mirehitra ny anode (c). Modely schematic amin'ny fifandraisana metaly-superconductor amin'ny 50 K dia aseho amin'ny d. Amin'izao fotoana izao-voltage toetra YBCO fanjakana ara-dalàna amin'ny 300 K refesina tamin'ny laser taratra manondro ny cathode sy anode dia omena amin'ny e sy g tsirairay avy. Mifanohitra amin'ny valiny amin'ny 50 K, ny fisondrotan'ny tsipika mahitsy tsy aotra dia manondro fa ny YBCO dia ao amin'ny fanjakana ara-dalàna; ny sandan'ny Voc dia miovaova amin'ny hamafin'ny hazavana amin'ny lalana mifanohitra, manondro mekanika fanasarahana fiampangana hafa. Ny rafitra interface tsara amin'ny 300 K dia aseho amin'ny hj Ny tena sarin'ny santionany misy firaka.
YBCO manankarena oksizenina ao amin'ny fanjakana superconducting dia afaka mitroka ny tara-masoandro feno saika feno noho ny elanelana kely indrindra amin'ny angovo (Eg)9,10, ka mamorona mpivady-lavaka elektronika (e–h). Mba hamokarana voc voc mivoha amin'ny alàlan'ny fisondrotana ny fotona, dia ilaina ny manasaraka ireo mpivady eh sary vokarin'ny habakabaka alohan'ny hisian'ny recombination18. Ny Voc négatif, mifandraika amin'ny cathode sy anode araka ny voalaza ao amin'ny Fig. 1i, dia manoro hevitra fa misy hery elektrônika manerana ny fifandraisana metaly-superconductor, izay mamadika ny elektrôna mankany amin'ny anode sy ny lavaka mankany amin'ny cathode. Raha izany no izy, dia tokony hisy ihany koa ny tondro avy amin'ny superconductor mankany amin'ny electrode metaly amin'ny anode. Vokatr'izany dia azo atao ny Voc tsara raha toa ka manazava ny faritra santionany akaikin'ny anode. Fanampin'izay, tsy tokony hisy voltase azo avy amin'ny sary rehefa manondro faritra lavitra ny electrodes ny teboka laser. Azo antoka fa izany no zava-misy araka ny hita ao amin'ny sary 1b,c!.
Rehefa miala amin'ny electrode cathode mankany amin'ny afovoan'ny santionany ny toerana maivana (eo amin'ny 1,25 mm eo ho eo ankoatry ny interfaces), dia tsy misy fiovaovan'ny curve IV ary tsy misy Voc azo jerena miaraka amin'ny fampitomboana ny hamafin'ny laser mankany amin'ny sanda ambony indrindra (sary 1b) . Mazava ho azy, ity vokatra ity dia azo lazaina amin'ny faharetan'ny androm-piainan'ny mpitatitra voataonan'ny sary sy ny tsy fisian'ny hery manasaraka amin'ny santionany. Ny mpivady-lavaka elektrôna dia azo noforonina isaky ny hazavaina ny santionany, fa ny ankamaroan'ny mpivady e-h dia ho levona ary tsy misy fiantraikany amin'ny fotovoltaika raha toa ka mianjera amin'ny faritra lavitra ny electrodes ny teboka laser. Mamindra ny toerana laser amin'ny electrodes anode, ny fiolahana IV mifanitsy amin'ny I-axis dia miakatra miakatra miaraka amin'ny fampitomboana ny hamafin'ny laser (sary 1c). Misy saha elektrika mitovitovy amin'izany koa ao amin'ny fihaonan'ny metaly-superconductor amin'ny anode. Na izany aza, ny electrode metaly dia mifandray amin'ny fitarihana tsara amin'ny rafitra fitsapana amin'ity indray mitoraka ity. Ny lavaka novokarin'ny laser dia atosiky ny firaka anode ary noho izany dia hita ny Voc tsara. Ny valiny aseho eto dia manome porofo matanjaka fa misy tokoa ny mety ho interface tsara manondro avy amin'ny superconductor mankany amin'ny electrode metaly.
Ny fiantraikan'ny photovoltaic amin'ny seramika YBa2Cu3O6.96 amin'ny 300 K dia aseho amin'ny sary 1e-g. Raha tsy misy hazavana mazava, ny curve IV amin'ny santionany dia tsipika mahitsy miampita ny fiaviana. Ity tsipika mahitsy ity dia mandroso miakatra mifanandrify amin'ilay tany am-boalohany miaraka amin'ny fitomboan'ny hamafin'ny laser amin'ny taratra cathode (sary 1e). Misy tranga roa mametra ny tombontsoa ho an'ny fitaovana photovoltaic. Ny toetry ny tariby fohy dia mitranga rehefa V = 0. Ny cours amin'ity tranga ity dia antsoina hoe current circuit (Isc). Ny tranga famerana faharoa dia ny toetry ny faritra misokatra (Voc) izay mitranga rehefa aotra ny R→∞ na ny courant. Ny sary 1e dia mampiseho mazava tsara fa ny Voc dia tsara ary mitombo amin'ny fitomboan'ny hamafin'ny hazavana, mifanohitra amin'ny vokatra azo amin'ny 50 K; raha toa kosa ny Isc négatif dia hita fa mitombo ny habeny miaraka amin'ny hazavana maivana, fihetsika mahazatra amin'ny sela masoandro mahazatra.
Toy izany koa, rehefa manondro faritra lavitra ny electrodes ny taratra laser, ny curve V (I) dia tsy miankina amin'ny hamafin'ny laser ary tsy misy fiantraikany amin'ny photovoltaic (sary 1f). Mitovy amin'ny fandrefesana amin'ny 50 K, ny fiolahana IV dia mifindra mankany amin'ny lalana mifanohitra amin'ny alàlan'ny electrode anode (sary 1g). Ireo vokatra rehetra azo amin'ity rafitra fametahana YBCO-Ag ity amin'ny 300 K miaraka amin'ny taratra laser amin'ny toerana samihafa amin'ny santionany dia mifanaraka amin'ny mety hisian'ny fifandraisana mifanohitra amin'ny hita ao amin'ny 50 K.
Ny ankamaroan'ny elektrôna dia mivondrona ao amin'ny Cooper tsiroaroa amin'ny superconducting YBCO ambanin'ny hafanana tetezamita Tc. Raha ao amin'ny electrode metaly, ny elektronika rehetra dia mijanona amin'ny endrika tokana. Misy gradient hakitroky lehibe ho an'ny elektrôna tokana sy ny mpivady Cooper eo amin'ny manodidina ny fifandraisana metaly-superconductor. Ny elektrôna tokana mitondra ny ankamaroany amin'ny akora metaly dia hiparitaka any amin'ny faritra superconductor, fa ny ankamaroan'ny mpitatitra Cooper-mpiara ao amin'ny faritra YBCO kosa dia hiparitaka any amin'ny faritra metaly. Satria mitondra fiampangana bebe kokoa ny mpivady Cooper ary manana fihetsehana lehibe kokoa noho ny elektrôna tokana miparitaka avy ao amin'ny YBCO mankany amin'ny faritra metaly, dia tavela ny atôma misy fiampangana tsara, ka miteraka saha elektrika ao amin'ny faritry ny habakabaka. Ny fitarihana an'io saha elektrika io dia aseho amin'ny diagram schematic Fig. 1d. Ny famirapiratan'ny foton'ny zava-niseho eo akaikin'ny faritry ny fiampangana habakabaka dia mety hamorona mpivady eh izay hisaraka sy hofafaina ka hamokatra tondra-drano amin'ny lalana mivadika. Raha vantany vao mivoaka ny elektrôna amin'ny sehatry ny elektrônika, dia mitambatra ho tsiroaroa izy ireo ary mikoriana mankany amin'ny electrode hafa tsy misy fanoherana. Amin'ity tranga ity, ny Voc dia mifanohitra amin'ny polarity efa napetraka ary mampiseho sanda ratsy rehefa manondro ny faritra manodidina ny electrode ratsy ny taratra laser. Avy amin'ny sandan'ny Voc dia azo tombanana ny mety hitranga amin'ny interface: ny elanelana misy eo amin'ny tariby roa tonta d dia ~ 5 × 10−3 m, ny hatevin'ny fifandraisana metaly-superconductor, di, dia tokony hitovy amin'ny habeny. satria ny halavan'ny fifandraisana amin'ny superconductor YBCO (~ 1 nm) 19,20, dia raiso ny sandan'ny Voc = 0.03 mV, ny Vms mety amin'ny fifandraisana metaly-superconductor dia tombanana ho ~ 10−11 V amin'ny 50 K miaraka amin'ny hamafin'ny laser. amin'ny 502 mW/cm2, mampiasa fampitoviana,
Tiantsika ny hanamafisana eto fa tsy azo hazavaina amin'ny alàlan'ny effet thermal photo ny voltase ateraky ny sary. Nohamarinina tamin'ny fanandramana fa ny coefficient Seebeck amin'ny superconductor YBCO dia Ss = 021. Ny coefficient Seebeck ho an'ny tariby firaka varahina dia eo amin'ny SCu = 0.34-1.15 μV / K3. Ny mari-pana amin'ny tariby varahina amin'ny toerana laser dia azo atsangana amin'ny 0,06 K miaraka amin'ny hamafin'ny laser ambony indrindra amin'ny 50 K. Izany dia mety hamokatra thermoelectric mety amin'ny 6.9 × 10−8 V izay baiko telo lehibe kokoa noho ny habeny. ny Voc azo amin'ny sary 1 (a). Miharihary fa kely loatra ny fiantraikan'ny thermoelectric mba hanazavana ny valin'ny fanandramana. Raha ny marina, ny fiovaovan'ny mari-pana vokatry ny taratra tamin'ny laser dia hanjavona ao anatin'ny iray minitra mba tsy hiraharahana ny fandraisana anjara amin'ny vokatra mafana.
Ity vokatra photovoltaic an'ny YBCO amin'ny mari-pana ao amin'ny efitrano ity dia manambara fa misy rafitra fanasarahana fiampangana hafa tafiditra eto. Ny superconducting YBCO amin'ny fanjakana mahazatra dia fitaovana p-karazana misy lavaka ho mpitatitra fiampangana22,23, raha ny metaly Ag-paste dia manana toetran'ny fitaovana n-karazana. Mitovy amin'ny pn junctions, ny fiparitahan'ny elektrôna amin'ny paty volafotsy sy ny lavaka ao amin'ny seramika YBCO dia hamorona saha elektrika anatiny manondro ny seramika YBCO eo amin'ny interface (sary 1h). Io sehatra anatiny io no manome hery fisarahana ary mitondra mankany amin'ny Voc tsara sy Isc ratsy ho an'ny rafitra paty YBCO-Ag amin'ny mari-pana amin'ny efitrano, araka ny aseho amin'ny sary 1e. Raha tsy izany, Ag-YBCO dia afaka mamorona junction Schottky p-karazana izay mitondra any amin'ny mety ho interface tsara miaraka amin'ny polarity mitovy amin'ny modely aseho etsy ambony24.
Mba hanadihadiana ny fizotran'ny evolisiona amin'ny antsipiriany momba ny toetran'ny photovoltaic nandritra ny fifindrana superconducting an'ny YBCO, ny curve IV amin'ny santionany amin'ny 80 K dia norefesina tamin'ny hamafin'ny laser voafantina manazava amin'ny electrode cathode (sary 2). Raha tsy misy irradiation tamin'ny laser, ny voltase manerana ny santionany dia mitazona amin'ny aotra na inona na inona amin'izao fotoana izao, manondro ny toetry ny superconducting ny santionany amin'ny 80 K (sary 2a). Mitovy amin'ny angon-drakitra azo tamin'ny 50 K, ny curve IV mifanitsy amin'ny I-axis dia midina midina miaraka amin'ny fampitomboana ny hamafin'ny laser mandra-pahatongan'ny sanda manakiana Pc. Ambonin'io hamafin'ny laser mitsikera io (Pc), ny superconductor dia mandalo fiovana avy amin'ny dingana superconducting mankany amin'ny dingana resistive; manomboka mitombo ny voltase amin'izao fotoana izao noho ny fisehoan'ny fanoherana ao amin'ny superconductor. Vokatr'izany, ny curve IV dia manomboka mifandray amin'ny I-axis sy V-axis mitondra mankany amin'ny Voc négatif sy Isc tsara amin'ny voalohany. Ankehitriny ny santionany dia toa ao anatin'ny toe-javatra manokana izay ny polarity ny Voc sy Isc dia tena saro-pady amin'ny hamafin'ny hazavana; miaraka amin'ny fitomboana kely amin'ny hamafin'ny hazavana Isc dia miova avy amin'ny tsara ho ratsy ary ny Voc avy amin'ny ratsy mankany amin'ny sanda tsara, mandalo ny fiaviana (ny fahatsapan-tena ambony amin'ny toetran'ny photovoltaic, indrindra ny sandan'ny Isc, amin'ny hazavana mazava dia hita mazava kokoa amin'ny sary. 2b). Amin'ny hamafin'ny laser avo indrindra, ny curve IV dia mikasa ny hifanaraka amin'ny tsirairay, midika ny toetry ny YBCO mahazatra.
Ny ivon-toerana laser dia napetraka manodidina ny electrodes cathode (jereo ny sary 1i). a, IV curve an'ny YBCO irradiated amin'ny hery laser samihafa. b (ambony), Laser hamafin'ny fiankinan-doha amin'ny open circuit malefaka Voc sy fohy circuit ankehitriny Isc. Ny soatoavina Isc dia tsy azo alaina amin'ny hamafin'ny hazavana ambany (<110 mW/cm2) satria ny curve IV dia mifanitsy amin'ny I-axis rehefa ao anaty fanjakana superconducting ny santionany. b (ambany), differential fanoherana ho toy ny fiasan'ny tamin'ny laser hamafin'ny.
Ny fiankinan-doha amin'ny laser amin'ny Voc sy Isc amin'ny 80 K dia aseho amin'ny sary 2b (ambony). Ny toetran'ny photovoltaic dia azo resahina amin'ny faritra telo amin'ny hamafin'ny hazavana. Ny faritra voalohany dia eo anelanelan'ny 0 sy Pc, izay YBCO dia superconducting, Voc dia ratsy ary mihena (mitombo ny sanda tanteraka) miaraka amin'ny hamafin'ny hazavana ary mahatratra farafahakeliny amin'ny Pc. Ny faritra faharoa dia avy amin'ny Pc mankany amin'ny hamafin'ny tsikera hafa P0, izay mitombo ny Voc raha mihena ny Isc amin'ny fitomboan'ny hazavana ary samy mahatratra aotra amin'ny P0. Ny faritra fahatelo dia mihoatra ny P0 mandra-pahatongan'ny fanjakana YBCO mahazatra. Na dia samy hafa aza ny Voc sy ny Isc amin'ny hamafin'ny hazavana mitovy amin'ny any amin'ny faritra 2, dia manana polarity mifanohitra amin'ny haavon'ny P0 izy ireo. Ny maha-zava-dehibe ny P0 dia ny hoe tsy misy fiantraikany amin'ny fotovoltaika ary ny mekanika fanasarahana fiampangana dia miova amin'ny kalitao amin'ity teboka manokana ity. Ny santionan'ny YBCO dia lasa tsy superconducting amin'ny hamafin'ny hazavana fa ny fanjakana mahazatra mbola tsy tratra.
Mazava ho azy, ny toetran'ny photovoltaic amin'ny rafitra dia mifandray akaiky amin'ny superconductivity an'ny YBCO sy ny fifindrana superconducting. Ny fanoherana ny fahasamihafana, dV / dI, an'ny YBCO dia aseho amin'ny sary 2b (ambany) ho toy ny asan'ny herin'ny laser. Araka ny voalaza teo aloha, ny fananganana herinaratra elektrika ao amin'ny interface noho ny Cooper pair diffusion teboka avy amin'ny superconductor ho metaly. Mitovy amin'ilay hita ao amin'ny 50 K, ny fiantraikan'ny photovoltaic dia ampitomboina amin'ny fampitomboana ny herin'ny laser avy amin'ny 0 mankany Pc. Rehefa tonga amin'ny sanda kely eo ambonin'ny Pc ny hamafin'ny laser dia manomboka mitongilana ny curve IV ary manomboka miseho ny fanoherana ny santionany, saingy tsy mbola miova ny polarity ny mety ho interface. Ny fiantraikan'ny fientanentanana optique amin'ny superconductivity dia nodinihina tany amin'ny faritra hita maso na akaiky-IR. Raha ny dingana fototra dia ny manasaraka ny Cooper tsiroaroa sy ny famotehana ny superconductivity25,26, amin'ny toe-javatra sasany ny superconductivity tetezamita azo enhanced27,28,29, ny dingana vaovao ny superconductivity dia mety ho induced30. Ny tsy fisian'ny superconductivity ao amin'ny Pc dia azo lazaina amin'ny fahatapahan'ny mpivady sary. Eo amin'ny teboka P0, ny mety ho eo amin'ny interface dia lasa aotra, izay manondro ny hakitroky ny fiampangana eo amin'ny lafiny roa amin'ny interface dia mahatratra ny haavony mitovy amin'ity hamafin'ny hazavana manokana ity. Ny fitomboana bebe kokoa amin'ny hamafin'ny laser dia miteraka mpivady Cooper bebe kokoa rava ary YBCO dia miova tsikelikely ho fitaovana p-karazana. Raha tokony ho electron sy Cooper pair diffusion, ny endri-javatra ny interface tsara izao no tapa-kevitra amin'ny alalan'ny electron sy ny lavaka fiparitahana izay mitondra any amin'ny polarity fiovam-po ny herinaratra saha eo amin'ny interface tsara ary vokatr'izany dia Voc tsara (ampitahao Fig.1d, h). Amin'ny hamafin'ny laser avo dia avo, ny fanoherana ny fahasamihafana amin'ny YBCO dia mahavoky amin'ny sanda mifanaraka amin'ny fanjakana mahazatra ary ny Voc sy ny Isc dia matetika miovaova amin'ny herin'ny laser (sary 2b). Ity fandinihana ity dia manambara fa ny taratra laser amin'ny fanjakana mahazatra YBCO dia tsy hanova ny resistivity sy ny endriky ny superconductor-metaly interface tsara fa hampitombo ny fifantohana amin'ny mpivady electron-hole.
Mba hanadihadiana ny fiantraikan'ny mari-pana amin'ny toetran'ny photovoltaic, ny rafitra metaly-superconductor dia nodiovina tamin'ny cathode tamin'ny laser manga amin'ny 502 mW / cm2. Ny curve IV azo amin'ny mari-pana voafantina eo anelanelan'ny 50 sy 300 K dia omena ao amin'ny sary 3a. Avy eo dia azo alaina avy amin'ireo curve IV ireo ny voly voc voc, ny cours de circuit fohy Isc ary ny fanoherana differential ary aseho amin'ny sary 3b. Raha tsy misy hazavana mazava, ny curve IV rehetra refesina amin'ny mari-pana samihafa dia mandalo ny niaviany araka ny efa nampoizina (ao amin'ny sary 3a). Ny toetran'ny IV dia miova tanteraka amin'ny fiakaran'ny mari-pana rehefa hazavain'ny taratra laser (502 mW/cm2) ny rafitra. Amin'ny mari-pana ambany ny fiolahana IV dia tsipika mahitsy mifanitsy amin'ny I-axis miaraka amin'ny sanda ratsy Voc. Miakatra miakatra io fiolahana io miaraka amin'ny fiakaran'ny maripana ary mivadika tsikelikely ho tsipika miaraka amin'ny slope tsy aotra amin'ny mari-pana Tcp (sary 3a (ambony)). Toa mihodinkodina manodidina ny teboka iray ao amin'ny efamira fahatelo ny fiolahana mampiavaka IV rehetra. Ny Voc dia mitombo avy amin'ny sanda ratsy ho amin'ny tsara ary ny Isc dia mihena avy amin'ny sanda tsara mankany amin'ny sanda ratsy. Ambonin'ny mari-pana tetezamita superconducting tany am-boalohany Tc an'ny YBCO, ny curve IV dia miova amin'ny hafanana (ambany amin'ny sary 3a). Voalohany, ny ivon'ny fihodinan'ny curve IV dia mifindra mankany amin'ny quadrant voalohany. Faharoa, mihena hatrany ny Voc ary mitombo ny Isc amin'ny fiakaran'ny mari-pana (ambony amin'ny sary 3b). Fahatelo, ny fisondrotan'ny curves IV dia mihamitombo tsikelikely miaraka amin'ny mari-pana izay miteraka hafanana tsara amin'ny fanoherana ny YBCO (ambany amin'ny sary 3b).
Ny fiankinan-doha amin'ny mari-pana amin'ny toetran'ny photovoltaic ho an'ny rafitra fametahana YBCO-Ag eo ambanin'ny hazavana laser 502 mW / cm2.
Ny ivon-toerana laser dia napetraka manodidina ny electrodes cathode (jereo ny sary 1i). a, IV curve azo avy amin'ny 50 ka hatramin'ny 90 K (ambony) ary avy amin'ny 100 ka hatramin'ny 300 K (ambany) miaraka amin'ny fiakaran'ny mari-pana 5 K sy 20 K, tsirairay avy. Ny inset a dia mampiseho toetra IV amin'ny mari-pana maromaro ao anaty maizina. Miampita ny toerana niaviany ny curve rehetra. b, voc faritra misokatra malefaka sy fohy circuit amin'izao fotoana izao Isc (ambony) sy ny differential fanoherana, dV/dI, ny YBCO (ambany) ho toy ny fiasan'ny mari-pana. Ny mari-pana tetezamita superconducting aotra Tcp dia tsy omena satria akaiky loatra ny Tc0.
Ny mari-pana telo manan-danja dia azo fantarina avy amin'ny sary 3b: Tcp, izay lasa tsy superconducting ny YBCO; Tc0, izay na Voc sy Isc lasa aotra sy Tc, ny tany am-boalohany superconducting mari-pana tetezamita YBCO tsy misy tamin'ny laser irradiation. Eo ambanin'ny Tcp ~ 55 K, ny YBCO tamin'ny laser irradiated dia ao amin'ny fanjakana superconducting miaraka amin'ny fifantohana avo lenta amin'ny mpivady Cooper. Ny vokatry ny laser irradiation dia ny fampihenana ny aotra fanoherana superconducting hafanana tetezamita avy amin'ny 89 K ny ~ 55 K (ambany sary. 3b) amin'ny alalan'ny fampihenana ny Cooper mpivady fifantohana ankoatra ny famokarana photovoltaic malefaka sy ny ankehitriny. Ny fiakaran'ny mari-pana dia manimba ny mpivady Cooper izay mitarika ho amin'ny mety ho ambany kokoa amin'ny interface. Noho izany dia hihena ny lanjan'ny Voc tanteraka, na dia mitovy aza ny hamafin'ny hazavana laser. Ny tanjaky ny interface dia hanjary kely sy kely kokoa miaraka amin'ny fitomboan'ny hafanana ary mahatratra aotra amin'ny Tc0. Tsy misy fiantraikany amin'ny fotovoltaika amin'ity teboka manokana ity satria tsy misy sehatra anatiny hanasaraka ireo mpivady elektrôna-lavaka azo avy amin'ny sary. Ny fiovan'ny polarity ny mety hitranga eo ambonin'io mari-pana mivaivay io satria ny hakitroky ny fiampangana maimaim-poana ao amin'ny Ag paste dia lehibe noho ny ao amin'ny YBCO izay afindra tsikelikely mankany amin'ny fitaovana p-type. Eto dia tiantsika ny hanamafisana fa ny fiverenan'ny polarity Voc sy Isc dia mitranga avy hatrany aorian'ny fifindrana superconducting zero resistance, na inona na inona antony mahatonga ny tetezamita. Ity fandinihana ity dia manambara mazava tsara, sambany, ny fifandraisana misy eo amin'ny superconductivity sy ny fiantraikan'ny photovoltaic mifandraika amin'ny mety ho fifandraisana metal-superconductor. Ny toetry ny mety ho manerana ny superconductor-normal fifandraisana metaly dia nifantohan'ny fikarohana nandritra ny am-polony taona maro lasa izay fa misy fanontaniana maro mbola miandry ny valiny. Ny fandrefesana ny fiantraikan'ny photovoltaic dia mety ho fomba mahomby amin'ny fijerena ny antsipiriany (toy ny tanjany sy ny polarity sns) an'io hery lehibe io ary noho izany dia manazava ny fiantraikan'ny superconducting avo lenta.
Ny fitomboan'ny mari-pana avy amin'ny Tc0 mankany Tc dia mitarika ho amin'ny fifantohana kely kokoa amin'ny mpivady Cooper sy ny fanatsarana ny mety ho interface ary ny Voc lehibe kokoa noho izany. Ao amin'ny Tc dia lasa aotra ny fifantohan'ny mpivady Cooper ary ny tanjaky ny fananganana ao amin'ny interface dia mahatratra faratampony, ka miteraka Voc ambony indrindra sy Isc kely indrindra. Ny fampitomboana haingana ny Voc sy Isc (sarobidy tanteraka) amin'ity mari-pana ity dia mifanitsy amin'ny fifindrana superconducting izay mivelatra avy amin'ny ΔT ~ 3 K hatramin'ny ~ 34 K amin'ny laser irradiation ny hamafin'ny 502 mW / cm2 (sary 3b). Ao amin'ny fanjakana ara-dalàna eo ambonin'ny Tc, ny voc voc dia mihena amin'ny mari-pana (ambony amin'ny sary 3b), mitovy amin'ny fitondran-tenan'ny Voc ho an'ny sela solar mahazatra mifototra amin'ny pn junctions31,32,33. Na dia kely lavitra noho ny an'ny sela masoandro mahazatra aza ny tahan'ny fiovan'ny Voc miaraka amin'ny mari-pana (−dVoc/dT), izay miankina mafy amin'ny herin'ny laser, ny coefficient mari-pana ao amin'ny Voc ho an'ny YBCO-Ag junction dia mitovy ny halehiben'ny habeny. ny cellule solaire. Mitombo ny rivotry ny fidiran'ny pn junction ho an'ny fitaovana mandeha amin'ny herin'ny masoandro ara-dalàna miaraka amin'ny fiakaran'ny mari-pana, mitarika amin'ny fihenan'ny Voc rehefa miakatra ny mari-pana. Ny curve linear IV hita ho an'ity rafitra Ag-superconductor ity, noho ny voalohany dia kely dia kely ny mety ho interface tsara ary faharoa ny back-to-back fifandraisana amin'ny heterojunctions roa, dia sarotra ny mamaritra ny leakage ankehitriny. Na izany aza, azo inoana fa ny fiankinan-doha amin'ny mari-pana amin'ny leakage dia tompon'andraikitra amin'ny fitondran-tena Voc hita tamin'ny fanandramanay. Araka ny famaritana, ny Isc dia ny courant ilaina hamokarana voltase négatif hanonerana ny Voc ka ny totaliny dia aotra. Rehefa mihamitombo ny maripana dia mihakely ny Voc ka kely kokoa ny venty ilaina hamokarana ny voly ratsy. Ankoatr'izay, ny fanoherana ny YBCO dia mitombo tsikelikely miaraka amin'ny mari-pana eo ambonin'ny Tc (ambanin'ny sary 3b), izay manampy amin'ny sandan'ny Isc kely kokoa amin'ny hafanana avo.
Mariho fa ny vokatra omena ao amin'ny sary 2,3 dia azo avy amin'ny laser irradiating amin'ny faritra manodidina cathode electrodes. Naverina ihany koa ny fandrefesana tamin'ny teboka laser napetraka amin'ny anode ary ny toetran'ny IV sy ny toetran'ny fotovoltaika mitovy amin'izany dia voamarika afa-tsy ny nivadika ny polarity ny Voc sy Isc tamin'ity tranga ity. Ireo angon-drakitra rehetra ireo dia mitarika mekanika ho an'ny vokatry ny fotovoltaika, izay mifandray akaiky amin'ny fifandraisana superconductor-metaly.
Raha fintinina, ny toetra IV amin'ny laser irradiated superconducting YBCO-Ag paste rafitra dia refesina ho toy ny asa ny mari-pana sy tamin'ny laser hamafin'ny. Ny fiantraikan'ny photovoltaic mahavariana dia voamarika amin'ny mari-pana amin'ny 50 ka hatramin'ny 300 K. Hita fa ny fananana photovoltaic dia mifandray mafy amin'ny superconductivity ny seramika YBCO. Ny fiovan'ny polarity ny Voc sy Isc dia mitranga avy hatrany aorian'ny superconducting azo avy amin'ny sary mankany amin'ny fifindrana tsy superconducting. Ny fiankinan'ny mari-pana amin'ny Voc sy Isc refesina amin'ny hamafin'ny laser raikitra dia mampiseho ihany koa ny fiovan'ny polarity miavaka amin'ny mari-pana manakiana izay mahatonga ny santionany ho fanoherana. Amin'ny alàlan'ny fitadiavana ny toeran'ny laser amin'ny ampahany samihafa amin'ny santionany, dia asehontsika fa misy hery elektrônika manerana ny interface, izay manome ny hery fisarahana ho an'ireo mpivady elektrôna-lavaka misy sary. Ity mety interface ity dia mitarika avy amin'ny YBCO mankany amin'ny electrode metaly rehefa superconducting ny YBCO ary mivadika mankany amin'ny lalana mifanohitra rehefa lasa nonsuperconducting ny santionany. Ny niandohan'ny mety dia mety ho voajanahary mifandray amin'ny fiantraikany akaiky amin'ny metaly-superconductor interface tsara rehefa YBCO dia superconducting ary tombanana ho ~ 10-8 mV amin'ny 50 K amin'ny laser hamafin'ny 502 mW / cm2. Ny fifandraisana amin'ny akora p-karazana YBCO amin'ny fanjakana mahazatra miaraka amin'ny akora-n-karazana Ag-paste dia mamorona junction quasi-pn izay tompon'andraikitra amin'ny fihetsika photovoltaic amin'ny seramika YBCO amin'ny hafanana avo. Ireo fanamarihana etsy ambony ireo dia manazava ny fiantraikan'ny PV amin'ny seramika YBCO superconducting hafanana avo ary manokatra ny lalana mankany amin'ny fampiharana vaovao amin'ny fitaovana optoelectronic toy ny detector hazavana passive haingana sy ny detector photon tokana.
Ny andrana vokatry ny photovoltaic dia natao tamin'ny santionan'ny seramika YBCO amin'ny hatevin'ny 0.52 mm sy ny endrika mahitsizoro 8.64 × 2.26 mm2 ary nohazavaina tamin'ny alàlan'ny onja laser manga (λ = 450 nm) miaraka amin'ny haben'ny 1.25 mm amin'ny radius laser. Ny fampiasana santionany amin'ny sarimihetsika fa tsy manify dia ahafahantsika mandalina ny toetran'ny fotovoltaika amin'ny superconductor nefa tsy mila miatrika ny fiantraikan'ny substrate6,7. Ambonin'izany, ny fitaovana be dia be dia mety tsara amin'ny fomba fanomanana tsotra sy mora vidy. Ny tariby firaka varahina dia mifamatotra amin'ny santionany YBCO miaraka amin'ny paty volafotsy mamorona electrodes boribory efatra manodidina ny 1 mm ny savaivony. Ny elanelana misy eo amin'ny electrodes malefaka roa dia manodidina ny 5 mm. Ny toetra IV amin'ny santionany dia norefesina tamin'ny fampiasana ny magnetometer santionany vibration (VersaLab, Quantum Design) miaraka amin'ny varavarankely kristaly quartz. Ny fomba mahazatra tariby efatra dia nampiasaina mba hahazoana ny curve IV. Ny toerana misy ny electrodes sy ny toerana laser dia aseho amin'ny sary 1i.
Ahoana no ilazana ity lahatsoratra ity: Yang, F. et al. Ny fiavian'ny fiantraikany photovoltaic amin'ny seramika YBa2Cu3O6.96 superconducting. Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Symmetry-voarara ny laser-induced voltages in YBa2Cu3O7. Phys. Apok. B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Origin of the anomalous photovoltaic signal in Y-Ba-Cu-O. Phys. Apok. B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Fandrefesana ny taratra laser-induced superconducting Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Apok. B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Volavolan'ny laser mandeha amin'ny mari-pana amin'ny efitrano YBa2Cu3O7-x. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP valiny photovoltaic anomalous amin'ny YBa2Cu3O7. Phys. Apok. 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. Fandalinana photoemission amin'ny sarimihetsika manify YBa2Cu3Oy eo ambanin'ny hazavana maivana. Phys. Rev. Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Photovoltaic vokatry ny YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3: Nb heterojunction annealed amin'ny oksizenina isan-karazany tsindry. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. Firafitry ny elanelana roa amin'ny kristaly tokana Yb(Y)Ba2Cu3O7-x. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Quasiparticle relaxation dynamics amin'ny superconductors miaraka amin'ny firafitry ny elanelana samihafa: Theory sy ny fanandramana amin'ny YBa2Cu3O7-δ. Phys. Apok. B 59, 1497–1506 (1999).
Masoandro, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Manarina ny toetran'ny 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. Rev. Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Transient photoinduced conductivity amin'ny semiconducting kristaly tokana an'ny YBa2Cu3O6.3: fikarohana ny toetry ny metaly photoinduced sy ny superconductivity photoinduced. Kaominina Solid State. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Tunneling modely amin'ny vokatra akaiky superconducting. Phys. Apok. 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Effet proximité superconducting nozahana amin'ny maridrefy halavan'ny mesoscopique. Phys. Rev. Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Effet proximity miaraka amin'ny superconductor nocentrosymmetric. Phys. Apok. B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Ny fiantraikan'ny akaiky superconducting mahery amin'ny rafitra hybrid Pb-Bi2Te3. Sci. Rep. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Photocell silisiôna pn junction vaovao hanovana ny taratra masoandro ho herinaratra. J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Ny fiantraikan'ny fahalotoana amin'ny halavan'ny fifanandrinana superconducting amin'ny kristaly tokana Zn- na Ni-doped YBa2Cu3O6.9. Phys. Apok. B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance of Untwinned YBa2Cu3Oy kristaly tokana amin'ny isan-karazany ny doping: anomalous lavaka-doping fiankinan-doha amin'ny halavan'ny coherence. Phys. Rev. Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Systematics amin'ny herin'ny thermoelectric amin'ny T, oxides. Phys. Apok. B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Ny fiovan'ny haingam-pandeha miankin-doha amin'ny tampon'ny tampony sy ny maody LO phonon amin'ny p-type high-Tc superconductors. Phys. Apok. B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Ny fampihenana ny lavaka sy ny fanangonana elektronika amin'ny sarimihetsika manify YBa2Cu3Oy amin'ny fampiasana teknika elektrokimia: Porofon'ny toetry ny metaly n-karazana. Phys. Apok. B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Ny fizika sy simia amin'ny haavon'ny sakana Schottky. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN vokatry ny fiparitahan'ny mpivady ivelany mavitrika amin'ny sarimihetsika superconducting. Phys. Rev. Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Photoinduced fanatsarana ny superconductivity. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Photoconductivity maharitra amin'ny sarimihetsika YBa2Cu3O6+x ho fomba fanaovana photodoping mankany amin'ny dingana metaly sy superconducting. Phys. Apok. B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Fihetseham-panoherana tsy mitongilana ho fototry ny fampitomboana ny superconductivity ao amin'ny YBa2Cu3O6.5. Nature 516, 71–74 (2014).
Fausti, D. et al. Ny superconductivity azo avy amin'ny hazavana ao amin'ny cuprate misy tsipika. Science 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Ny fiankinan-doha amin'ny mari-pana amin'ny VOC ho an'ny sela solar amin'ny fifandraisany amin'ny fomba fiasa vaovao mahomby. Desalination 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Ny fiantraikan'ny mari-pana ao amin'ny sela solar silika Schottky-barrier. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Temperature fiankinan-doha ho an'ny fitaovana photovoltaic masontsivana ny polymer-fullerene solar cell eo ambanin'ny fepetra miasa. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Ity asa ity dia tohanan'ny National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60571063), ny Fundamental Research Projects of Henan Province, China (Grant No. 122300410231).
FY no nanoratra ny lahatsoratry ny taratasy ary ny MYH dia nanomana ny santionany seramika YBCO. FY sy MYH no nanao ny andrana ary nandinika ny vokatra. FGC no nitarika ny tetikasa sy ny fandikana siantifika ny angon-drakitra. Ny mpanoratra rehetra dia nandinika ny sora-tanana.
Ity asa ity dia nahazo alalana avy amin'ny Creative Commons Attribution 4.0 International License. Ireo sary na fitaovana hafa an'ny antoko fahatelo ato amin'ity lahatsoratra ity dia ampidirina ao amin'ny lisansa Creative Commons an'ny lahatsoratra, raha tsy misy fanamarihana hafa ao amin'ny crédit; raha toa ka tsy tafiditra ao anatin'ny lisansa Creative Commons ny fitaovana, dia mila mahazo alalana avy amin'ny tompon'ny lisansa ny mpampiasa mba hamoahana ilay fitaovana. Raha hijery ny dika mitovy amin'ity lisansa ity dia tsidiho ny http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Origin ny photovoltaic fiantraikany amin'ny superconducting YBa2Cu3O6.96 seramika. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Amin'ny fandefasana fanehoan-kevitra ianao dia manaiky ny hanaraka ny fepetra sy ny torolalana ho an'ny vondrom-piarahamonina. Raha mahita zavatra manevateva ianao na tsy mifanaraka amin'ny fepetra na torolalana ataonay dia soraty ho tsy mety izany.
Fotoana fandefasana: Apr-22-2020