Grazzi talli żort nature.com. Qed tuża verżjoni tal-browser b'appoġġ limitat għas-CSS. Biex tikseb l-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aktar aġġornat (jew itfi l-mod ta' kompatibilità fl-Internet Explorer). Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, qed nuru s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Nirrapportaw effett fotovoltajku notevoli fiċ-ċeramika YBa2Cu3O6.96 (YBCO) bejn 50 u 300 K indotti minn illuminazzjoni bil-lejżer blu, li hija direttament relatata mas-superkonduttività ta 'YBCO u l-interface tal-elettrodu YBCO-metalliku. Hemm treġġigħ lura tal-polarità għall-vultaġġ taċ-ċirkwit miftuħ Voc u l-kurrent ta 'ċirkwit qasir Isc meta YBCO jgħaddi minn transizzjoni minn stat superkonduttur għal stat resistiv. Aħna nuru li jeżisti potenzjal elettriku madwar l-interface tal-metall superkonduttur normali, li jipprovdi l-forza ta 'separazzjoni għall-pari ta' elettron-toqba indotti bir-ritratti. Dan il-potenzjal tal-interface jidderieġi minn YBCO għall-elettrodu tal-metall meta YBCO ikun superkonduttur u jaqleb għad-direzzjoni opposta meta YBCO isir nonsuperconducting. L-oriġini tal-potenzjal jista 'jkun faċilment assoċjat mal-effett ta' prossimità fl-interface tal-metall-superkonduttur meta YBCO ikun superkonduttur u l-valur tiegħu huwa stmat li jkun ~ 10-8 mV f'50 K b'intensità tal-laser ta '502 mW/cm2. Kombinazzjoni ta 'materjal tat-tip p YBCO fi stat normali ma' materjal tat-tip n Ag-paste tifforma junction kważi-pn li hija responsabbli għall-imġieba fotovoltajka taċ-ċeramika YBCO f'temperaturi għoljin. Is-sejbiet tagħna jistgħu jwittu t-triq għal applikazzjonijiet ġodda ta 'apparati foton-elettroniċi u jitfgħu aktar dawl fuq l-effett ta' prossimità fl-interface superkonduttur-metall.
Il-vultaġġ ikkawżat mir-ritratti f'superkondutturi b'temperatura għolja ġie rrappurtat fil-bidu tad-disgħinijiet u investigat b'mod estensiv minn dakinhar, iżda n-natura u l-mekkaniżmu tiegħu għadhom mhux stabbiliti1,2,3,4,5. Films irqaq YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8, b'mod partikolari, huma studjati b'mod intensiv fil-forma ta 'ċellula fotovoltajka (PV) minħabba d-distakk tal-enerġija aġġustabbli tiegħu9,10,11,12,13. Madankollu, reżistenza għolja tas-sottostrat dejjem twassal għal effiċjenza ta 'konverżjoni baxxa tal-apparat u taħbi l-proprjetajiet PV primarji ta' YBCO8. Hawnhekk nirrapportaw effett fotovoltajku notevoli indott minn illuminazzjoni blu-laser (λ = 450 nm) f'ċeramika YBa2Cu3O6.96 (YBCO) bejn 50 u 300 K (Tc ~ 90 K). Aħna nuru li l-effett PV huwa direttament relatat mas-superkonduttività ta 'YBCO u n-natura tal-interface tal-elettrodu YBCO-metalliku. Hemm treġġigħ lura tal-polarità għall-vultaġġ taċ-ċirkwit miftuħ Voc u l-kurrent ta 'ċirkwit qasir Isc meta YBCO jgħaddi minn transizzjoni minn fażi superkonduttiva għal stat reżistenti. Huwa propost li jeżisti potenzjal elettriku madwar l-interface tal-metall superkonduttur-normali, li jipprovdi l-forza ta 'separazzjoni għall-pari ta' elettron-toqba indotti minn foto. Dan il-potenzjal tal-interface jidderieġi minn YBCO għall-elettrodu tal-metall meta YBCO ikun superkonduttur u jaqleb għad-direzzjoni opposta meta l-kampjun isir nonsuperconducting. L-oriġini tal-potenzjal tista 'tkun assoċjata b'mod naturali mal-effett tal-prossimità14,15,16,17 f'interface metall-superkonduttur meta YBCO ikun superkonduttur u l-valur tiegħu huwa stmat li jkun ~10−8 mV f'50 K b'intensità tal-laser ta' 502 mW /ċm2. Kombinazzjoni ta 'materjal tat-tip p YBCO fi stat normali ma' materjal tat-tip n Ag-pejst tifforma, x'aktarx, junction kważi-pn li hija responsabbli għall-imġieba PV taċ-ċeramika YBCO f'temperaturi għoljin. L-osservazzjonijiet tagħna jitfgħu aktar dawl fuq l-oriġini tal-effett PV fiċ-ċeramika superkonduttiva YBCO ta 'temperatura għolja u jwittu t-triq għall-applikazzjoni tagħha f'apparati optoelettroniċi bħal detector ta' dawl passiv mgħaġġel eċċ.
Il-Figura 1a–c turi li l-karatteristiċi IV tal-kampjun taċ-ċeramika YBCO f'50 K. Mingħajr illuminazzjoni ħafifa, il-vultaġġ madwar il-kampjun jibqa 'żero b'kurrent li jinbidel, kif jista' jkun mistenni minn materjal superkonduttur. Effett fotovoltajku ovvju jidher meta r-raġġ tal-lejżer huwa dirett lejn il-katodu (Fig. 1a): il-kurvi IV paralleli mal-assi I jimxu 'l isfel b'intensità tal-lejżer dejjem tiżdied. Huwa evidenti li hemm vultaġġ negattiv indott tar-ritratti anki mingħajr l-ebda kurrent (spiss imsejjaħ vultaġġ ta 'ċirkwit miftuħ Voc). L-inklinazzjoni żero tal-kurva IV tindika li l-kampjun għadu superkonduttur taħt illuminazzjoni tal-laser.
(a–c) u 300 K (e–g). Il-valuri ta 'V (I) inkisbu billi knis il-kurrent minn -10 mA sa +10 mA fil-vakwu. Parti biss mid-dejta sperimentali hija ppreżentata għal raġunijiet ta' ċarezza. a, Karatteristiċi ta' vultaġġ kurrenti ta' YBCO imkejla b'post tal-lejżer pożizzjonat fil-katodu (i). Il-kurvi IV kollha huma linji dritti orizzontali li jindikaw li l-kampjun għadu superkonduttiv bl-irradjazzjoni bil-lejżer. Il-kurva tiċċaqlaq 'l isfel b'żieda fl-intensità tal-lejżer, li tindika li jeżisti potenzjal negattiv (Voc) bejn iż-żewġ ċomb tal-vultaġġ anke b'kurrent żero. Il-kurvi IV jibqgħu mhux mibdula meta l-laser ikun dirett lejn iċ-ċentru tal-kampjun f'ether 50 K (b) jew 300 K (f). Il-linja orizzontali timxi 'l fuq hekk kif l-anodu jiġi mdawwal (ċ). Mudell skematiku ta 'junction metall-superkonduttur f'50 K huwa muri f'd. Il-karatteristiċi tal-vultaġġ tal-kurrent ta 'l-istat normali YBCO f'300 K imkejla b'raġġ tal-laser ippuntat lejn il-katodu u l-anodu huma mogħtija f'e u g rispettivament. B'kuntrast mar-riżultati f'50 K, inklinazzjoni mhux żero tal-linji dritti tindika li YBCO huwa fi stat normali; il-valuri ta 'Voc ivarjaw bl-intensità tad-dawl f'direzzjoni opposta, li jindika mekkaniżmu ta' separazzjoni ta 'ċarġ differenti. Struttura ta 'interface possibbli f'300 K hija murija f'hj L-istampa reali tal-kampjun biċ-ċomb.
YBCO b'ħafna ossiġnu fi stat superkonduttur jista 'jassorbi spettru kważi sħiħ ta' dawl tax-xemx minħabba d-distakk ta 'enerġija żgħir ħafna tiegħu (Eż.) 9,10, u b'hekk joħloq pari ta' toqba ta 'elettroni (e–h). Biex tipproduċi vultaġġ ta 'ċirkwit miftuħ Voc permezz ta' assorbiment ta 'fotoni, huwa meħtieġ li jiġu separati spazjalment pari eh iġġenerati bir-ritratti qabel ma sseħħ ir-rikombinazzjoni18. Il-VOC negattiv, relattiv għall-katodu u l-anodu kif indikat fil-Fig. 1i, jissuġġerixxi li jeżisti potenzjal elettriku madwar l-interface metall-superkonduttur, li jiknes l-elettroni għall-anodu u toqob għall-katodu. Jekk dan huwa l-każ, għandu jkun hemm ukoll potenzjal li jipponta minn superkonduttur għall-elettrodu tal-metall fl-anodu. Konsegwentement, Voc pożittiv jinkiseb jekk iż-żona tal-kampjun ħdejn l-anodu tkun illuminata. Barra minn hekk, m'għandu jkun hemm l-ebda vultaġġi indotti minn foto meta l-post tal-lejżer ikun ippuntat lejn żoni 'l bogħod mill-elettrodi. Huwa ċertament il-każ kif jidher minn Fig. 1b,c!.
Meta l-post tad-dawl jiċċaqlaq mill-elettrodu tal-katodu għaċ-ċentru tal-kampjun (madwar 1.25 mm apparti mill-interfaces), l-ebda varjazzjoni ta 'kurvi IV u l-ebda Voc ma tista' tiġi osservata biż-żieda fl-intensità tal-laser sal-valur massimu disponibbli (Fig. 1b) . Naturalment, dan ir-riżultat jista 'jiġi attribwit għall-ħajja limitata ta' trasportaturi indotti bir-ritratti u n-nuqqas ta 'forza ta' separazzjoni fil-kampjun. Pari elettron-toqba jistgħu jinħolqu kull meta l-kampjun ikun illuminat, iżda l-biċċa l-kbira tal-pari e–h se jiġu annihilati u ma jiġi osservat l-ebda effett fotovoltajku jekk il-post tal-lejżer jaqa 'fuq żoni 'l bogħod minn xi elettrodi. Meta tmexxi l-post tal-lejżer lejn l-elettrodi tal-anodu, il-kurvi IV paralleli mal-assi I jimxu 'l fuq b'intensità tal-lejżer dejjem tiżdied (Fig. 1c). Kamp elettriku integrat simili jeżisti fil-junction metall-superkonduttur fl-anodu. Madankollu, l-elettrodu metalliku jgħaqqad maċ-ċomb pożittiv tas-sistema tat-test din id-darba. It-toqob prodotti mill-lejżer huma mbuttati lejn iċ-ċomb tal-anodu u għalhekk jiġi osservat Voc pożittiv. Ir-riżultati ppreżentati hawn jipprovdu evidenza qawwija li jeżisti tabilħaqq potenzjal ta 'interface li jindika mis-superkonduttur għall-elettrodu tal-metall.
L-effett fotovoltajku fiċ-ċeramika YBa2Cu3O6.96 f'300 K jidher f'Fig. 1e-g. Mingħajr illuminazzjoni tad-dawl, il-kurva IV tal-kampjun hija linja dritta li taqsam l-oriġini. Din il-linja dritta timxi 'l fuq b'mod parallel ma' dik oriġinali b'intensità tal-lejżer dejjem tiżdied irradjata fil-katodu twassal (Fig. 1e). Hemm żewġ każijiet li jillimitaw ta 'interess għal apparat fotovoltajku. Il-kundizzjoni ta 'short-circuit isseħħ meta V = 0. Il-kurrent f'dan il-każ jissejjaħ il-kurrent ta 'short circuit (Isc). It-tieni każ li jillimita huwa l-kondizzjoni ta 'ċirkwit miftuħ (Voc) li sseħħ meta R→∞ jew il-kurrent ikun żero. Figura 1e turi biċ-ċar li Voc huwa pożittiv u jiżdied maż-żieda fl-intensità tad-dawl, b'kuntrast mar-riżultat miksub f'50 K; filwaqt li Isc negattiv huwa osservat li jiżdied fil-kobor b'illuminazzjoni ħafifa, imġieba tipika ta 'ċelloli solari normali.
Bl-istess mod, meta r-raġġ tal-lejżer ikun ippuntat f'żoni 'l bogħod mill-elettrodi, il-kurva V (I) hija indipendenti mill-intensità tal-lejżer u ma deher l-ebda effett fotovoltajku (Fig. 1f). Simili għall-kejl f'50 K, il-kurvi IV jimxu lejn id-direzzjoni opposta hekk kif l-elettrodu tal-anodu jiġi irradjat (Fig. 1g). Dawn ir-riżultati kollha miksuba għal din is-sistema ta 'pejst YBCO-Ag f'300 K bil-lejżer irradjat f'pożizzjonijiet differenti tal-kampjun huma konsistenti ma' potenzjal ta 'interface oppost għal dak osservat f'50 K.
Ħafna mill-elettroni jikkondensaw f'pari Cooper f'YBCO superkonduttur taħt it-temperatura ta 'transizzjoni tiegħu Tc. Filwaqt li fl-elettrodu tal-metall, l-elettroni kollha jibqgħu f'forma singular. Hemm gradjent ta 'densità kbira kemm għall-elettroni singulari kif ukoll għall-pari Cooper fil-viċinanza tal-interface tal-metall-superkonduttur. Elettroni singulari ta 'trasportatur tal-maġġoranza f'materjal metalliku se jinfirxu fir-reġjun tas-superkondutturi, filwaqt li pari ta' Cooper ta 'trasportatur tal-maġġoranza fir-reġjun YBCO se jinfirxu fir-reġjun tal-metall. Hekk kif il-pari Cooper li jġorru aktar piżijiet u li għandhom mobilità akbar minn elettroni singulari jinfirxu minn YBCO f'reġjun metalliku, atomi ċċarġjati b'mod pożittiv jitħallew lura, li jirriżultaw f'kamp elettriku fir-reġjun ta 'ċarġ spazjali. Id-direzzjoni ta 'dan il-kamp elettriku hija murija fid-dijagramma skematika Fig. 1d. L-illuminazzjoni tal-fotoni tal-inċident ħdejn ir-reġjun tal-iċċarġjar tal-ispazju tista 'toħloq pari eh li se jiġu separati u miknusa li jipproduċu fotokurrent fid-direzzjoni tar-reverse-bias. Hekk kif l-elettroni joħorġu mill-kamp elettriku integrat, huma kkondensati f'pari u jiċċirkolaw lejn l-elettrodu l-ieħor mingħajr reżistenza. F'dan il-każ, il-VOC huwa oppost għall-polarità stabbilita minn qabel u juri valur negattiv meta r-raġġ tal-lejżer jindika ż-żona madwar l-elettrodu negattiv. Mill-valur tal-VOC, il-potenzjal madwar l-interface jista 'jiġi stmat: id-distanza bejn iż-żewġ kejbils tal-vultaġġ d hija ~ 5 × 10−3 m, il-ħxuna tal-interface tal-metall-superkonduttur, di, għandha tkun l-istess ordni ta' kobor peress li t-tul tal-koerenza tas-superkonduttur YBCO (~ 1 nm) 19,20, ħu l-valur ta' Voc = 0.03 mV, il-Vms potenzjali fl-interface tal-metall-superkonduttur huwa evalwat għal tkun ~10−11 V f'50 K b'intensità tal-laser ta' 502 mW/cm2, bl-użu ta' ekwazzjoni,
Irridu nenfasizzaw hawnhekk li l-vultaġġ indott tar-ritratti ma jistax jiġi spjegat b'effett termali tar-ritratti. Ġie stabbilit b'mod sperimentali li l-koeffiċjent Seebeck tas-superkonduttur YBCO huwa Ss = 021. Il-koeffiċjent Seebeck għall-wajers taċ-ċomb tar-ram huwa fil-medda ta 'SCu = 0.34–1.15 μV/K3. It-temperatura tal-wajer tar-ram fil-post tal-lejżer tista 'tittella' b'ammont żgħir ta' 0.06 K b'intensità massima tal-laser disponibbli f'50 K. Dan jista 'jipproduċi potenzjal termoelettriku ta' 6.9 × 10−8 V li huwa ta' tliet ordnijiet kobor iżgħar minn il-VOC miksuba fil-Fig 1 (a). Huwa evidenti li l-effett termoelettriku huwa żgħir wisq biex jispjega r-riżultati sperimentali. Fil-fatt, il-varjazzjoni tat-temperatura minħabba l-irradjazzjoni bil-lejżer tisparixxi f'inqas minn minuta sabiex il-kontribuzzjoni mill-effett termali tkun tista 'tiġi injorata b'mod sikur.
Dan l-effett fotovoltajku ta 'YBCO f'temperatura tal-kamra juri li mekkaniżmu ta' separazzjoni ta 'ċarġ differenti huwa involut hawn. YBCO superkonduttur fi stat normali huwa materjal tat-tip p b'toqob bħala trasportatur ta 'ċarġ22,23, filwaqt li Ag-paste metalliku għandu karatteristiċi ta' materjal tat-tip n. Simili għal junctions pn, id-diffużjoni ta 'elettroni fil-pejst tal-fidda u toqob fiċ-ċeramika YBCO se jiffurmaw kamp elettriku intern li jipponta lejn iċ-ċeramika YBCO fl-interface (Fig. 1h). Huwa dan il-kamp intern li jipprovdi l-forza ta 'separazzjoni u jwassal għal Voc pożittiv u Isc negattiv għas-sistema tal-pejst YBCO-Ag f'temperatura tal-kamra, kif muri fil-Fig. 1e. Alternattivament, Ag-YBCO jista 'jifforma junction Schottky tat-tip p li jwassal ukoll għal potenzjal ta' interface bl-istess polarità bħal fil-mudell ippreżentat hawn fuq24.
Biex tinvestiga l-proċess ta 'evoluzzjoni dettaljata tal-proprjetajiet fotovoltajċi matul transizzjoni superkonduttiva ta' YBCO, kurvi IV tal-kampjun f'80 K ġew imkejla b'intensitajiet tal-laser magħżula li jdawwal fl-elettrodu tal-katodu (Fig. 2). Mingħajr irradjazzjoni bil-lejżer, il-vultaġġ madwar il-kampjun iżomm f'żero irrispettivament mill-kurrent, li jindika l-istat superkonduttur tal-kampjun f'80 K (Fig. 2a). Simili għad-dejta miksuba f'50 K, il-kurvi IV paralleli mal-assi I jimxu 'l isfel b'intensità tal-lejżer dejjem tiżdied sakemm jintlaħaq valur kritiku Pc. Fuq din l-intensità kritika tal-laser (Pc), is-superkonduttur jgħaddi minn transizzjoni minn fażi superkonduttiva għal fażi resistiva; il-vultaġġ jibda jiżdied bil-kurrent minħabba d-dehra tar-reżistenza fis-superkonduttur. Bħala riżultat, il-kurva IV tibda taqsam ma 'l-assi I u l-assi V li jwasslu għal Voc negattiv u Isc pożittiv għall-ewwel. Issa l-kampjun jidher li jinsab fi stat speċjali li fih il-polarità ta 'Voc u Isc hija estremament sensittiva għall-intensità tad-dawl; b'żieda żgħira ħafna fl-intensità tad-dawl Isc huwa kkonvertit minn pożittiv għal negattiv u Voc minn valur negattiv għal pożittiv, li jgħaddi l-oriġini (is-sensittività għolja tal-proprjetajiet fotovoltajċi, partikolarment il-valur ta 'Isc, għal illuminazzjoni tad-dawl tista' tidher b'mod aktar ċar fil-Fig. 2b). Fl-ogħla intensità tal-laser disponibbli, il-kurvi IV għandhom l-intenzjoni li jkunu paralleli ma 'xulxin, li jfisser l-istat normali tal-kampjun YBCO.
Iċ-ċentru tal-post tal-lejżer huwa pożizzjonat madwar l-elettrodi tal-katodu (ara Fig. 1i). a, kurvi IV ta 'YBCO irradjati b'intensitajiet differenti tal-laser. b (fuq), Dipendenza tal-intensità tal-lejżer ta 'vultaġġ ta' ċirkwit miftuħ Voc u kurrent ta 'ċirkwit qasir Isc. Il-valuri Isc ma jistgħux jinkisbu f'intensità baxxa tad-dawl (< 110 mW/cm2) minħabba li l-kurvi IV huma paralleli għall-assi I meta l-kampjun ikun fi stat superkonduttur. b (qiegħ), reżistenza differenzjali bħala funzjoni tal-intensità tal-laser.
Id-dipendenza fuq l-intensità tal-lejżer ta 'VOC u Isc f'80 K hija murija f'Fig. 2b (fuq). Il-proprjetajiet fotovoltajċi jistgħu jiġu diskussi fi tliet reġjuni ta 'intensità tad-dawl. L-ewwel reġjun huwa bejn 0 u Pc, li fih YBCO huwa superkonduttur, Voc huwa negattiv u jonqos (żidiet fil-valur assolut) bl-intensità tad-dawl u jilħaq minimu f'Pc. It-tieni reġjun huwa minn Pc għal intensità kritika oħra P0, li fiha Voc jiżdied filwaqt li Isc jonqos maż-żieda fl-intensità tad-dawl u t-tnejn jilħqu żero f'P0. It-tielet reġjun huwa 'l fuq minn P0 sakemm jintlaħaq stat normali ta' YBCO. Għalkemm kemm Voc kif ukoll Isc ivarjaw bl-intensità tad-dawl bl-istess mod bħal fir-reġjun 2, għandhom polarità opposta 'l fuq mill-intensità kritika P0. Is-sinifikat ta 'P0 jinsab f'dak li m'hemm l-ebda effett fotovoltajku u l-mekkaniżmu ta' separazzjoni ta 'ċarġ jinbidel kwalitattivament f'dan il-punt partikolari. Il-kampjun YBCO isir mhux superkonduttur f'din il-medda ta 'intensità tad-dawl iżda l-istat normali għad irid jintlaħaq.
Ovvjament, il-karatteristiċi fotovoltajċi tas-sistema huma relatati mill-qrib mas-superkonduttività ta 'YBCO u t-transizzjoni superkonduttiva tagħha. Ir-reżistenza differenzjali, dV/dI, ta 'YBCO hija murija fil-Fig. 2b (qiegħ) bħala funzjoni tal-intensità tal-laser. Kif imsemmi qabel, il-build-in potenzjal elettriku fl-interface minħabba Cooper par punti ta 'diffużjoni mis-superkonduttur għall-metall. Simili għal dak osservat f'50 K, l-effett fotovoltajku huwa msaħħaħ biż-żieda fl-intensità tal-laser minn 0 għal Pc. Meta l-intensità tal-lejżer tilħaq valur kemmxejn 'il fuq minn Pc, il-kurva IV tibda tmejjel u r-reżistenza tal-kampjun tibda tidher, iżda l-polarità tal-potenzjal tal-interface għadha ma nbidlitx. L-effett tal-eċitazzjoni ottika fuq is-superkonduttività ġie investigat fir-reġjun viżibbli jew qrib l-IR. Filwaqt li l-proċess bażiku huwa li jkisser il-pari Cooper u jeqirdu s-superkonduttività25,26, f'xi każijiet it-transizzjoni tas-superkonduttività tista 'titjieb27,28,29, jistgħu saħansitra jiġu indotti fażijiet ġodda ta' superkonduttività30. In-nuqqas ta 'superkonduttività f'Pc jista' jiġi attribwit għat-tkissir tal-par indott mir-ritratti. Fil-punt P0, il-potenzjal madwar l-interface isir żero, li jindika d-densità ta 'ċarġ fiż-żewġ naħat tal-interface tilħaq l-istess livell taħt din l-intensità partikolari ta' illuminazzjoni tad-dawl. Aktar żieda fl-intensità tal-lejżer tirriżulta f'aktar pari Cooper jinqerdu u YBCO gradwalment jiġi trasformat lura għal materjal tat-tip p. Minflok diffużjoni tal-par ta 'l-elettroni u Cooper, il-karatteristika ta' l-interface issa hija determinata minn diffużjoni ta 'elettroni u toqba li twassal għal treġġigħ lura tal-polarità tal-kamp elettriku fl-interface u konsegwentement Voc pożittiv (qabbel Fig.1d, h). F'intensità għolja ħafna tal-laser, ir-reżistenza differenzjali ta 'YBCO tissatura għal valur li jikkorrispondi għall-istat normali u kemm Voc kif ukoll Isc għandhom tendenza li jvarjaw b'mod lineari mal-intensità tal-laser (Fig. 2b). Din l-osservazzjoni turi li l-irradjazzjoni bil-lejżer fuq YBCO ta 'l-istat normali mhux se tibqa' tibdel ir-reżistività tagħha u l-karatteristika ta 'l-interface superkonduttur-metall iżda żżid biss il-konċentrazzjoni tal-pari ta' l-elettron-toqba.
Biex tinvestiga l-effett tat-temperatura fuq il-proprjetajiet fotovoltajċi, is-sistema tal-metall-superkonduttur ġiet irradjata fil-katodu b'lejżer blu ta 'intensità 502 mW/cm2. Il-kurvi IV miksuba f'temperaturi magħżula bejn 50 u 300 K huma mogħtija f'Fig. 3a. Il-vultaġġ taċ-ċirkwit miftuħ Voc, il-kurrent ta 'ċirkwit qasir Isc u r-reżistenza differenzjali jistgħu mbagħad jinkisbu minn dawn il-kurvi IV u huma murija f'Fig. 3b. Mingħajr illuminazzjoni tad-dawl, il-kurvi IV kollha mkejla f'temperaturi differenti jgħaddu mill-oriġini kif mistenni (daħla ta 'Fig. 3a). Il-karatteristiċi IV jinbidlu drastikament maż-żieda fit-temperatura meta s-sistema tkun imdawwal b'raġġ tal-laser relattivament qawwi (502 mW/cm2). F'temperaturi baxxi l-kurvi IV huma linji dritti paralleli ma 'l-assi I b'valuri negattivi ta' Voc. Din il-kurva timxi 'l fuq b'temperatura dejjem tiżdied u gradwalment tinbidel f'linja b'inklinazzjoni mhux żero f'temperatura kritika Tcp (Fig. 3a (fuq)). Jidher li l-kurvi karatteristiċi IV kollha jduru madwar punt fit-tielet kwadrant. Voc jiżdied minn valur negattiv għal wieħed pożittiv filwaqt li Isc jonqos minn valur pożittiv għal negattiv. Fuq it-temperatura ta 'transizzjoni superkonduttiva oriġinali Tc ta' YBCO, il-kurva IV tinbidel b'mod pjuttost differenti mat-temperatura (qiegħ tal-Fig. 3a). L-ewwelnett, iċ-ċentru ta 'rotazzjoni tal-kurvi IV jimxi lejn l-ewwel kwadrant. It-tieni nett, Voc ikompli jonqos u Isc jiżdied maż-żieda fit-temperatura (fuq tal-Fig. 3b). It-tielet nett, l-inklinazzjoni tal-kurvi IV tiżdied b'mod lineari mat-temperatura li tirriżulta f'koeffiċjent ta 'reżistenza tat-temperatura pożittiv għal YBCO (qiegħ ta' Fig. 3b).
Dipendenza tat-temperatura tal-karatteristiċi fotovoltajċi għal sistema ta 'pejst YBCO-Ag taħt illuminazzjoni bil-lejżer ta' 502 mW/cm2.
Iċ-ċentru tal-post tal-lejżer huwa pożizzjonat madwar l-elettrodi tal-katodu (ara Fig. 1i). a, kurvi IV miksuba minn 50 sa 90 K (fuq) u minn 100 sa 300 K (qiegħ) b'żieda fit-temperatura ta '5 K u 20 K, rispettivament. Daħla a turi karatteristiċi IV f'diversi temperaturi fid-dlam. Il-kurvi kollha jaqsmu l-punt tal-oriġini. b, vultaġġ ta 'ċirkwit miftuħ Voc u kurrent ta' ċirkwit qasir Isc (fuq) u r-reżistenza differenzjali, dV/dI, ta 'YBCO (qiegħ) bħala funzjoni tat-temperatura. It-temperatura ta 'transizzjoni superkonduttiva ta' reżistenza żero Tcp mhix mogħtija minħabba li hija qrib wisq għal Tc0.
Tliet temperaturi kritiċi jistgħu jiġu rikonoxxuti minn Fig. 3b: Tcp, li fuqha YBCO isir mhux superkonduttur; Tc0, li fiha kemm Voc kif ukoll Isc isiru żero u Tc, it-temperatura ta 'transizzjoni superkonduttiva tal-bidu oriġinali ta' YBCO mingħajr irradjazzjoni bil-lejżer. Taħt Tcp ~ 55 K, l-YBCO irradjat bil-lejżer jinsab fi stat superkonduttur b'konċentrazzjoni relattivament għolja ta 'pari Cooper. L-effett ta 'l-irradjazzjoni bil-lejżer huwa li tnaqqas it-temperatura ta' transizzjoni superkonduttiva ta 'reżistenza żero minn 89 K sa ~ 55 K (qiegħ ta' Fig. 3b) billi tnaqqas il-konċentrazzjoni tal-par Cooper minbarra li tipproduċi vultaġġ u kurrent fotovoltajku. Iż-żieda fit-temperatura tkisser ukoll il-pari Cooper li jwassal għal potenzjal aktar baxx fl-interface. Konsegwentement, il-valur assolut ta' Voc se jsir iżgħar, għalkemm tiġi applikata l-istess intensità ta' illuminazzjoni tal-lejżer. Il-potenzjal tal-interface se jsir dejjem iżgħar b'żieda ulterjuri fit-temperatura u jilħaq żero f'Tc0. M'hemm l-ebda effett fotovoltajku f'dan il-punt speċjali minħabba li m'hemm l-ebda kamp intern biex jissepara l-pari ta 'elettron-toqba indotti mir-ritratti. Treġġigħ lura tal-polarità tal-potenzjal iseħħ 'il fuq minn din it-temperatura kritika peress li d-densità ta' ċarġ ħieles fil-pejst Ag hija akbar minn dik f'YBCO li gradwalment tiġi trasferita lura għal materjal tat-tip p. Hawnhekk irridu nenfasizzaw li t-treġġigħ lura tal-polarità ta 'Voc u Isc iseħħ immedjatament wara t-transizzjoni superkonduttiva ta' reżistenza żero, irrispettivament mill-kawża tat-tranżizzjoni. Din l-osservazzjoni tiżvela b'mod ċar, għall-ewwel darba, il-korrelazzjoni bejn is-superkonduttività u l-effetti fotovoltajċi assoċjati mal-potenzjal tal-interface tal-metall-superkonduttur. In-natura ta 'dan il-potenzjal madwar l-interface tal-metall superkonduttur-normali kienet fokus ta' riċerka għal dawn l-aħħar għexieren ta 'snin iżda hemm ħafna mistoqsijiet li għadhom qed jistennew li jiġu mwieġba. Il-kejl tal-effett fotovoltajku jista 'jkun metodu effettiv għall-esplorazzjoni tad-dettalji (bħas-saħħa u l-polarità tiegħu eċċ.) ta' dan il-potenzjal importanti u għalhekk jitfa dawl fuq l-effett ta 'prossimità superkonduttur ta' temperatura għolja.
Żieda ulterjuri fit-temperatura minn Tc0 għal Tc twassal għal konċentrazzjoni iżgħar ta 'pari Cooper u titjib fil-potenzjal tal-interface u konsegwentement Voc akbar. F'Tc il-konċentrazzjoni tal-par Cooper issir żero u l-potenzjal build-in fl-interface jilħaq massimu, li jirriżulta f'VOC massimu u Isc minimu. Iż-żieda mgħaġġla ta 'Voc u Isc (valur assolut) f'din il-firxa tat-temperatura tikkorrispondi għat-transizzjoni superkonduttiva li hija mwessgħa minn ΔT ~ 3 K sa ~ 34 K permezz ta' irradjazzjoni bil-lejżer ta 'intensità 502 mW/cm2 (Fig. 3b). Fl-istati normali 'l fuq minn Tc, il-vultaġġ taċ-ċirkwit miftuħ Voc jonqos bit-temperatura (fuq tal-Fig. 3b), simili għall-imġieba lineari ta' Voc għal ċelloli solari normali bbażati fuq junctions pn31,32,33. Għalkemm ir-rata tal-bidla ta' Voc bit-temperatura (−dVoc/dT), li tiddependi ħafna fuq l-intensità tal-lejżer, hija ħafna iżgħar minn dik taċ-ċelloli solari normali, il-koeffiċjent tat-temperatura ta' Voc għal junction YBCO-Ag għandu l-istess ordni ta' kobor bħal dak taċ-ċelloli solari. Il-kurrent ta 'tnixxija ta' junction pn għal apparat normali taċ-ċelluli solari jiżdied maż-żieda fit-temperatura, li jwassal għal tnaqqis fil-VOC hekk kif tiżdied it-temperatura. Il-kurvi lineari IV osservati għal din is-sistema Ag-superkonduttur, l-ewwelnett minħabba l-potenzjal tal-interface żgħir ħafna u t-tieni l-konnessjoni back-to-back taż-żewġ eterojunctions, jagħmilha diffiċli biex jiġi ddeterminat il-kurrent ta 'tnixxija. Madankollu, huwa probabbli ħafna li l-istess dipendenza fuq it-temperatura tal-kurrent ta 'tnixxija hija responsabbli għall-imġieba Voc osservata fl-esperiment tagħna. Skont id-definizzjoni, Isc huwa l-kurrent meħtieġ biex jipproduċi vultaġġ negattiv biex jikkumpensa Voc sabiex il-vultaġġ totali jkun żero. Hekk kif tiżdied it-temperatura, Voc isir iżgħar sabiex ikun hemm bżonn inqas kurrent biex jipproduċi l-vultaġġ negattiv. Barra minn hekk, ir-reżistenza ta 'YBCO tiżdied b'mod lineari mat-temperatura 'l fuq minn Tc (qiegħ ta' Fig. 3b), li tikkontribwixxi wkoll għall-valur assolut iżgħar ta 'Isc f'temperaturi għoljin.
Innota li r-riżultati mogħtija fil-Figs 2,3 huma miksuba bl-irradjazzjoni bil-lejżer fiż-żona madwar l-elettrodi tal-katodu. Il-kejl ġie ripetut ukoll b'post tal-lejżer pożizzjonat fl-anodu u ġew osservati karatteristiċi simili IV u proprjetajiet fotovoltajċi ħlief li l-polarità ta 'Voc u Isc ġiet maqluba f'dan il-każ. Din id-dejta kollha twassal għal mekkaniżmu għall-effett fotovoltajku, li huwa relatat mill-qrib mal-interface superkonduttur-metall.
Fil-qosor, il-karatteristiċi IV tas-sistema tal-pejst superkondutturi YBCO-Ag irradjati bil-lejżer ġew imkejla bħala funzjonijiet ta 'temperatura u intensità tal-lejżer. Ġie osservat effett fotovoltajku notevoli fil-medda tat-temperatura minn 50 sa 300 K. Jinstab li l-proprjetajiet fotovoltajċi jikkorrelataw b'mod qawwi mas-superkonduttività taċ-ċeramika YBCO. Treġġigħ lura tal-polarità tal-Voc u l-Isc iseħħ immedjatament wara t-transizzjoni superkonduttiva indotta minn foto għal mhux superkonduttiva. Id-dipendenza fuq it-temperatura ta' Voc u Isc imkejla f'intensità fissa tal-laser turi wkoll treġġigħ lura distint tal-polarità f'temperatura kritika li fuqha l-kampjun isir reżistenti. Billi nsibu l-post tal-lejżer għal parti differenti tal-kampjun, aħna nuru li jeżisti potenzjal elettriku madwar l-interface, li jipprovdi l-forza ta 'separazzjoni għall-pari ta' elettron-toqba indotti bir-ritratti. Dan il-potenzjal tal-interface jidderieġi minn YBCO għall-elettrodu tal-metall meta YBCO ikun superkonduttur u jaqleb għad-direzzjoni opposta meta l-kampjun isir nonsuperconducting. L-oriġini tal-potenzjal tista 'tkun assoċjata b'mod naturali mal-effett ta' prossimità fl-interface tal-metall-superkonduttur meta YBCO ikun superkonduttur u huwa stmat li jkun ~ 10-8 mV f'50 K b'intensità tal-laser ta '502 mW/cm2. Kuntatt ta 'materjal tat-tip p YBCO fi stat normali ma' materjal tat-tip n Ag-pejst jifforma junction kważi-pn li hija responsabbli għall-imġieba fotovoltajka taċ-ċeramika YBCO f'temperaturi għoljin. L-osservazzjonijiet ta 'hawn fuq jitfgħu dawl fuq l-effett PV fiċ-ċeramika superkonduttiva ta' temperatura għolja YBCO u jwittu t-triq għal applikazzjonijiet ġodda f'apparati optoelettroniċi bħal detector ta 'dawl passiv veloċi u detector ta' foton wieħed.
L-esperimenti tal-effett fotovoltajku twettqu fuq kampjun taċ-ċeramika YBCO ta 'ħxuna ta' 0.52 mm u forma rettangolari ta '8.64 × 2.26 mm2 u mdawwal b'lejżer blu tal-mewġ kontinwu (λ = 450 nm) b'daqs tal-post tal-laser ta' 1.25 mm f'raġġ. L-użu ta 'kampjun ta' film bl-ingrossa aktar milli rqiq jippermettilna nistudjaw il-proprjetajiet fotovoltajċi tas-superkonduttur mingħajr ma jkollna nittrattaw l-influwenza kumplessa tas-sottostrat6,7. Barra minn hekk, il-materjal bl-ingrossa jista 'jkun li jwassal għall-proċedura ta' preparazzjoni sempliċi tiegħu u spiża relattivament baxxa. Il-wajers taċ-ċomb tar-ram huma kkoerjati fuq il-kampjun YBCO b'pejst tal-fidda li jifforma erba 'elettrodi ċirkolari b'dijametru ta' madwar 1 mm. Id-distanza bejn iż-żewġ elettrodi tal-vultaġġ hija madwar 5 mm. Il-karatteristiċi IV tal-kampjun tkejlu bl-użu tal-manjetometru tal-kampjun tal-vibrazzjoni (VersaLab, Quantum Design) b'tieqa tal-kristall tal-kwarz. Metodu standard ta 'erba' wajers kien impjegat biex jinkisbu l-kurvi IV. Il-pożizzjonijiet relattivi ta 'elettrodi u l-post tal-lejżer huma murija fil-Fig. 1i.
Kif tikkwota dan l-artikolu: Yang, F. et al. Oriġini ta 'effett fotovoltajku fiċ-ċeramika superkonduttiva YBa2Cu3O6.96. Sci. Rep 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Vultaġġi indotti bil-lejżer projbiti minn simetrija f'YBa2Cu3O7. Phys. Dun B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Oriġini tas-sinjal fotovoltajku anomalu f'Y-Ba-Cu-O. Phys. Rev B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Kejl ta 'vultaġġi indotti bil-lejżer ta' superkondutturi Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Dun B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Vultaġġi temporanji indotti bil-lejżer f'films tat-temperatura tal-kamra ta 'YBa2Cu3O7-x. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Rispons fotovoltajku anomalu f'YBa2Cu3O7. Phys. Dun B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Injezzjoni ta 'trasportatur ta' toqba fotoġenerata għal YBa2Cu3O7−x f'eterostruttura ta 'ossidu. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Studju ta 'fotoemissjoni ta' films irqaq YBa2Cu3Oy taħt illuminazzjoni ħafifa. Phys. Dun Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Effett fotovoltajku ta 'YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3:Nb heterojunction ittemprat fi pressjoni parzjali ta' ossiġnu differenti. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. Struttura ta 'żewġ Gap fi Yb (Y) Ba2Cu3O7-x kristalli singoli. J. Superkond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Dinamika ta 'rilassament ta' kważipartikoli f'superkondutturi bi strutturi ta 'vojt differenti: Teorija u esperimenti fuq YBa2Cu3O7-δ . Phys. Dun B 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Proprjetajiet ta 'rettifika ta' l-eterojunction YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Assorbiment eċċitoniku u superkonduttività f'YBa2Cu3O7-δ . Phys. Dun Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Konduttività fotoindotta transitorja fi kristalli singoli semikondutturi ta 'YBa2Cu3O6.3: tfittxija għal stat metalliku fotoindut u għal superkonduttività fotoindotta. Komun Stat solidu. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Mudell tat-tunneling tal-effett ta 'prossimità superkonduttur. Phys. Rev 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Effett ta 'prossimità superkonduttur ittestjat fuq skala ta' tul mesoskopiku. Phys. Dun Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Effett ta 'prossimità b'superkondutturi noncentrosymmetric. Phys. Rev B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Effett qawwi ta 'prossimità superkondutturi fi strutturi ibridi Pb-Bi2Te3. Sci. Rep 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Fotoċellula ġdida ta 'junction tas-silikon pn għall-konverżjoni tar-radjazzjoni solari f'enerġija elettrika. J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Effetti ta 'l-impurità fuq it-tul tal-koerenza tas-superkondutturi fi kristalli singoli YBa2Cu3O6.9 drogati b'Zn jew Ni. Phys. Rev B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance ta 'kristalli singoli YBa2Cu3Oy mhux ġemellati f'firxa wiesgħa ta' doping: dipendenza anomala ta 'toqba-doping tat-tul tal-koerenza. Phys. Dun Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Sistematika fil-qawwa termoelettrika ta 'ossidi high-T. Phys. Dun B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Ċaqliq tal-momentum dipendenti fuq id-densità tat-trasportatur tal-quċċata koerenti u l-modalità fonon LO f'superkondutturi tat-tip p high-Tc. Phys. Rev B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Tnaqqis ta 'toqob u akkumulazzjoni ta' elettroni f'films irqaq YBa2Cu3Oy bl-użu ta 'teknika elettrokimika: Evidenza għal stat metalliku tat-tip n. Phys. Rev B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Il-fiżika u l-kimika tal-għoli tal-barriera Schottky. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Effetti ta 'Tkissir ta' Par Esterni Dinamika f'Films Superkonduttivi. Phys. Dun Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Titjib fotoindut tas-superkonduttività. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Fotokonduttività persistenti f'films YBa2Cu3O6 + x bħala metodu ta 'fotodoping lejn fażijiet metalliċi u superkonduttivi. Phys. Rev B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Dinamika tal-kannizzata mhux lineari bħala bażi għal superkonduttività msaħħa f'YBa2Cu3O6.5. Natura 516, 71–74 (2014).
Fausti, D. et al. Superkonduttività indotta mid-dawl f'cuprate ordnat bl-istrixxi. Science 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Id-dipendenza funzjonali tat-temperatura tal-VOC għal ċellula solari fir-rigward tal-approċċ il-ġdid tal-effiċjenza tagħha. Desalinizzazzjoni 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Effetti tat-temperatura fiċ-ċelloli solari tas-silikon Schottky-barrier. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Dipendenza tat-temperatura għall-parametri tal-apparat fotovoltajku taċ-ċelloli solari polimeru-fullerene taħt kundizzjonijiet operattivi. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Dan ix-xogħol ġie appoġġjat mill-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza Naturali taċ-Ċina (Għotja Nru 60571063), il-Proġetti ta 'Riċerka Fundamentali tal-Provinċja ta' Henan, iċ-Ċina (Għotja Nru 122300410231).
FY kiteb it-test tal-karta u MYH ħejja l-kampjun taċ-ċeramika YBCO. FY u MYH wettqu l-esperiment u analizzaw ir-riżultati. FGC mexxa l-proġett u l-interpretazzjoni xjentifika tad-dejta. L-awturi kollha rrevedew il-manuskritt.
Dan ix-xogħol huwa liċenzjat taħt Liċenzja Internazzjonali Creative Commons Attribution 4.0. L-immaġini jew materjal ieħor ta’ parti terza f’dan l-artikolu huma inklużi fil-liċenzja Creative Commons tal-artikolu, sakemm ma jkunx indikat mod ieħor fil-linja tal-kreditu; jekk il-materjal ma jkunx inkluż taħt il-liċenzja Creative Commons, l-utenti jkollhom bżonn jiksbu permess mid-detentur tal-liċenzja biex jirriproduċu l-materjal. Biex tara kopja ta' din il-liċenzja, żur http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Oriġini ta 'effett fotovoltajku fiċ-ċeramika superkonduttiva YBa2Cu3O6.96. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Billi tissottometti kumment taqbel li timxi mat-Termini u l-Linji Gwida tal-Komunità tagħna. Jekk issib xi ħaġa abbużiva jew li ma tikkonformax mat-termini jew il-linji gwida tagħna jekk jogħġbok immarkaha bħala mhux xierqa.
Ħin tal-post: Apr-22-2020