Προέλευση του φωτοβολταϊκού φαινομένου σε υπεραγώγιμα κεραμικά YBa2Cu3O6.96

Σας ευχαριστούμε που επισκεφθήκατε το nature.com. Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη για CSS. Για να έχετε την καλύτερη δυνατή εμπειρία, σας συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα πιο ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer). Εν τω μεταξύ, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.

Αναφέρουμε αξιοσημείωτο φωτοβολταϊκό φαινόμενο σε κεραμικό YBa2Cu3O6.96 (YBCO) μεταξύ 50 και 300 K που προκαλείται από φωτισμό με μπλε λέιζερ, το οποίο σχετίζεται άμεσα με την υπεραγωγιμότητα του YBCO και τη διεπαφή YBCO-μεταλλικού ηλεκτροδίου. Υπάρχει αντιστροφή πολικότητας για την τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc και το ρεύμα βραχυκυκλώματος Isc όταν το YBCO υφίσταται μετάβαση από υπεραγώγιμη σε κατάσταση αντίστασης. Δείχνουμε ότι υπάρχει ηλεκτρικό δυναμικό κατά μήκος της διεπαφής υπεραγωγού-κανονικού μετάλλου, το οποίο παρέχει τη δύναμη διαχωρισμού για τα φωτο-επαγόμενα ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών. Αυτό το δυναμικό διεπαφής κατευθύνεται από το YBCO στο μεταλλικό ηλεκτρόδιο όταν το YBCO είναι υπεραγώγιμο και μεταβαίνει στην αντίθετη κατεύθυνση όταν το YBCO γίνεται μη υπεραγώγιμο. Η προέλευση του δυναμικού μπορεί εύκολα να συσχετιστεί με το φαινόμενο εγγύτητας στη διεπαφή μετάλλου-υπεραγωγού όταν το YBCO είναι υπεραγώγιμο και η τιμή του εκτιμάται ότι είναι ~10–8 mV στους 50 K με ένταση λέιζερ 502 mW/cm2. Ο συνδυασμός ενός υλικού τύπου p, YBCO, σε κανονική κατάσταση, με ένα υλικό τύπου n, την Ag-paste, σχηματίζει μια οιονεί-pn σύνδεση, η οποία είναι υπεύθυνη για τη φωτοβολταϊκή συμπεριφορά των κεραμικών YBCO σε υψηλές θερμοκρασίες. Τα ευρήματά μας μπορούν να ανοίξουν τον δρόμο για νέες εφαρμογές φωτονικών-ηλεκτρονικών διατάξεων και να ρίξουν περαιτέρω φως στο φαινόμενο εγγύτητας στη διεπαφή υπεραγωγού-μετάλλου.

Η φωτο-επαγόμενη τάση σε υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας έχει αναφερθεί στις αρχές της δεκαετίας του 1990 και έχει διερευνηθεί εκτενώς από τότε, ωστόσο η φύση και ο μηχανισμός της παραμένουν ασαφείς1,2,3,4,5. Οι λεπτές μεμβράνες YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8, ειδικότερα, μελετώνται εντατικά με τη μορφή φωτοβολταϊκών (PV) κυψελών λόγω του ρυθμιζόμενου ενεργειακού χάσματος9,10,11,12,13. Ωστόσο, η υψηλή αντίσταση του υποστρώματος οδηγεί πάντα σε χαμηλή απόδοση μετατροπής της συσκευής και καλύπτει τις πρωταρχικές φωτοβολταϊκές ιδιότητες του YBCO8. Εδώ αναφέρουμε αξιοσημείωτο φωτοβολταϊκό φαινόμενο που προκαλείται από φωτισμό μπλε λέιζερ (λ = 450 nm) σε κεραμικό YBa2Cu3O6.96 (YBCO) μεταξύ 50 και 300 K (Tc ~ 90 K). Δείχνουμε ότι το φωτοβολταϊκό φαινόμενο σχετίζεται άμεσα με την υπεραγωγιμότητα του YBCO και τη φύση της διεπαφής YBCO-μεταλλικού ηλεκτροδίου. Υπάρχει αντιστροφή πολικότητας για την τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc και το ρεύμα βραχυκυκλώματος Isc όταν το YBCO υφίσταται μετάβαση από την υπεραγώγιμη φάση σε μια κατάσταση αντίστασης. Προτείνεται ότι υπάρχει ένα ηλεκτρικό δυναμικό κατά μήκος της διεπαφής υπεραγωγού-κανονικού μετάλλου, το οποίο παρέχει τη δύναμη διαχωρισμού για τα φωτο-επαγόμενα ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών. Αυτό το δυναμικό διεπαφής κατευθύνεται από το YBCO στο μεταλλικό ηλεκτρόδιο όταν το YBCO είναι υπεραγώγιμο και μεταβαίνει στην αντίθετη κατεύθυνση όταν το δείγμα γίνεται μη υπεραγώγιμο. Η προέλευση του δυναμικού μπορεί φυσικά να σχετίζεται με το φαινόμενο εγγύτητας14,15,16,17 στη διεπαφή μετάλλου-υπεραγωγού όταν το YBCO είναι υπεραγώγιμο και η τιμή του εκτιμάται ότι είναι ~10−8 mV στους 50 K με ένταση λέιζερ 502 mW/cm2. Ο συνδυασμός ενός υλικού τύπου p YBCO σε κανονική κατάσταση με ένα υλικό τύπου n Ag-paste σχηματίζει, πιθανότατα, μια οιονεί-pn σύνδεση η οποία είναι υπεύθυνη για τη φωτοβολταϊκή συμπεριφορά των κεραμικών YBCO σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι παρατηρήσεις μας ρίχνουν περαιτέρω φως στην προέλευση του φωτοβολταϊκού φαινομένου σε κεραμικά YBCO υψηλής θερμοκρασίας με υπεραγώγιμη δράση και ανοίγουν τον δρόμο για την εφαρμογή του σε οπτοηλεκτρονικές συσκευές όπως γρήγοροι παθητικοί ανιχνευτές φωτός κ.λπ.

Τα Σχήματα 1a–c δείχνουν τα χαρακτηριστικά IV του κεραμικού δείγματος YBCO στους 50 K. Χωρίς φωτισμό με φως, η τάση στο δείγμα παραμένει μηδέν με το μεταβαλλόμενο ρεύμα, όπως μπορεί να αναμένεται από ένα υπεραγώγιμο υλικό. Εμφανές φωτοβολταϊκό φαινόμενο εμφανίζεται όταν η δέσμη λέιζερ κατευθύνεται στην κάθοδο (Σχήμα 1a): οι καμπύλες IV παράλληλα προς τον άξονα I κινούνται προς τα κάτω με την αυξανόμενη ένταση του λέιζερ. Είναι προφανές ότι υπάρχει αρνητική φωτοεπαγόμενη τάση ακόμη και χωρίς ρεύμα (συχνά ονομάζεται τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc). Η μηδενική κλίση της καμπύλης IV υποδεικνύει ότι το δείγμα εξακολουθεί να είναι υπεραγώγιμο υπό φωτισμό λέιζερ.

(a–c) και 300 K (e–g). Οι τιμές του V(I) ελήφθησαν με σάρωση του ρεύματος από -10 mA σε +10 mA σε κενό. Μόνο ένα μέρος των πειραματικών δεδομένων παρουσιάζεται για λόγους σαφήνειας. a, Χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης του YBCO μετρημένα με κηλίδα λέιζερ τοποθετημένη στην κάθοδο (i). Όλες οι καμπύλες IV είναι οριζόντιες ευθείες γραμμές που υποδεικνύουν ότι το δείγμα εξακολουθεί να είναι υπεραγώγιμο με ακτινοβολία λέιζερ. Η καμπύλη κινείται προς τα κάτω με την αυξανόμενη ένταση του λέιζερ, υποδεικνύοντας ότι υπάρχει αρνητικό δυναμικό (Voc) μεταξύ των δύο αγωγών τάσης ακόμη και με μηδενικό ρεύμα. Οι καμπύλες IV παραμένουν αμετάβλητες όταν το λέιζερ κατευθύνεται στο κέντρο του δείγματος σε αιθέρα 50 K (b) ή 300 K (f). Η οριζόντια γραμμή κινείται προς τα πάνω καθώς φωτίζεται η άνοδος (c). Ένα σχηματικό μοντέλο της σύνδεσης μετάλλου-υπεραγωγού στους 50 K φαίνεται στο d. Τα χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης του YBCO κανονικής κατάστασης στους 300 K μετρημένα με δέσμη λέιζερ στραμμένη στην κάθοδο και την άνοδο δίνονται στο e και g αντίστοιχα. Σε αντίθεση με τα αποτελέσματα στους 50 K, η μη μηδενική κλίση των ευθειών γραμμών υποδεικνύει ότι το YBCO βρίσκεται σε κανονική κατάσταση. Οι τιμές του Voc ποικίλλουν ανάλογα με την ένταση του φωτός προς την αντίθετη κατεύθυνση, υποδεικνύοντας έναν διαφορετικό μηχανισμό διαχωρισμού φορτίου. Μια πιθανή δομή διεπαφής στους 300 K απεικονίζεται στο hj. Η πραγματική εικόνα του δείγματος με ακροδέκτες.

Το πλούσιο σε οξυγόνο YBCO σε υπεραγώγιμη κατάσταση μπορεί να απορροφήσει σχεδόν όλο το φάσμα του ηλιακού φωτός λόγω του πολύ μικρού ενεργειακού χάσματος (Eg)9,10, δημιουργώντας έτσι ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών (e–h). Για να παραχθεί μια τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc μέσω απορρόφησης φωτονίων, είναι απαραίτητο να διαχωριστούν χωρικά τα ζεύγη eh που δημιουργούνται από τη φωτογραφία πριν από την ανασύνθεση18. Το αρνητικό Voc, σε σχέση με την κάθοδο και την άνοδο, όπως υποδεικνύεται στο Σχήμα 1i, υποδηλώνει ότι υπάρχει ηλεκτρικό δυναμικό κατά μήκος της διεπαφής μετάλλου-υπεραγωγού, το οποίο σαρώνει τα ηλεκτρόνια στην άνοδο και τις οπές στην κάθοδο. Εάν συμβαίνει αυτό, θα πρέπει επίσης να υπάρχει ένα δυναμικό που να δείχνει από τον υπεραγωγό στο μεταλλικό ηλεκτρόδιο στην άνοδο. Συνεπώς, θα ληφθεί θετικό Voc εάν η περιοχή του δείγματος κοντά στην άνοδο φωτίζεται. Επιπλέον, δεν θα πρέπει να υπάρχουν φωτοεπαγόμενες τάσεις όταν η κηλίδα λέιζερ στρέφεται σε περιοχές μακριά από τα ηλεκτρόδια. Αυτό ισχύει σίγουρα, όπως φαίνεται από το Σχήμα 1b,c!.

Όταν η φωτεινή κηλίδα μετακινείται από το ηλεκτρόδιο καθόδου προς το κέντρο του δείγματος (περίπου 1,25 mm μακριά από τις διεπαφές), δεν παρατηρείται μεταβολή των καμπυλών IV και καμία τιμή Voc με την αύξηση της έντασης του λέιζερ στη μέγιστη διαθέσιμη τιμή (Εικ. 1b). Φυσικά, αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να αποδοθεί στον περιορισμένο χρόνο ζωής των φωτοεπαγόμενων φορέων και στην έλλειψη δύναμης διαχωρισμού στο δείγμα. Ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών μπορούν να δημιουργηθούν κάθε φορά που το δείγμα φωτίζεται, αλλά τα περισσότερα από τα ζεύγη e-h θα εξαϋλωθούν και δεν παρατηρείται φωτοβολταϊκό φαινόμενο εάν η κηλίδα λέιζερ πέσει σε περιοχές μακριά από οποιοδήποτε από τα ηλεκτρόδια. Μετακινώντας την κηλίδα λέιζερ στα ηλεκτρόδια ανόδου, οι καμπύλες IV παράλληλα προς τον άξονα I κινούνται προς τα πάνω με την αύξηση της έντασης του λέιζερ (Εικ. 1c). Παρόμοιο ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο υπάρχει στη σύνδεση μετάλλου-υπεραγωγού στην άνοδο. Ωστόσο, το μεταλλικό ηλεκτρόδιο συνδέεται με τον θετικό ακροδέκτη του συστήματος δοκιμής αυτή τη φορά. Οι οπές που παράγονται από το λέιζερ ωθούνται στον ακροδέκτη ανόδου και έτσι παρατηρείται θετική τιμή Voc. Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται εδώ παρέχουν ισχυρές ενδείξεις ότι υπάρχει πράγματι ένα δυναμικό διεπιφάνειας που δείχνει από τον υπεραγωγό στο μεταλλικό ηλεκτρόδιο.

Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο σε κεραμικά YBa2Cu3O6.96 στους 300 K φαίνεται στο Σχήμα 1e–g. Χωρίς φωτισμό με φως, η καμπύλη IV του δείγματος είναι μια ευθεία γραμμή που τέμνει την αρχή των αξόνων. Αυτή η ευθεία γραμμή κινείται προς τα πάνω παράλληλα με την αρχική με αυξανόμενη ένταση λέιζερ που ακτινοβολεί στους αγωγούς καθόδου (Σχήμα 1e). Υπάρχουν δύο περιοριστικές περιπτώσεις ενδιαφέροντος για μια φωτοβολταϊκή συσκευή. Η συνθήκη βραχυκυκλώματος εμφανίζεται όταν V = 0. Το ρεύμα σε αυτήν την περίπτωση αναφέρεται ως ρεύμα βραχυκυκλώματος (Isc). Η δεύτερη περιοριστική περίπτωση είναι η συνθήκη ανοιχτού κυκλώματος (Voc) που εμφανίζεται όταν R→∞ ή το ρεύμα είναι μηδέν. Το Σχήμα 1e δείχνει σαφώς ότι το Voc είναι θετικό και αυξάνεται με την αυξανόμενη ένταση του φωτός, σε αντίθεση με το αποτέλεσμα που λαμβάνεται στους 50 K. ενώ ένα αρνητικό Isc παρατηρείται να αυξάνεται σε μέγεθος με φωτισμό με φως, μια τυπική συμπεριφορά των κανονικών ηλιακών κυψελών.

Ομοίως, όταν η δέσμη λέιζερ στρέφεται σε περιοχές μακριά από τα ηλεκτρόδια, η καμπύλη V(I) είναι ανεξάρτητη από την ένταση του λέιζερ και δεν εμφανίζεται φωτοβολταϊκό φαινόμενο (Εικ. 1f). Όπως και με τη μέτρηση στους 50 K, οι καμπύλες IV κινούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση καθώς ακτινοβολείται το ηλεκτρόδιο ανόδου (Εικ. 1g). Όλα αυτά τα αποτελέσματα που ελήφθησαν για αυτό το σύστημα πάστας YBCO-Ag στους 300 K με ακτινοβολημένο λέιζερ σε διαφορετικές θέσεις του δείγματος είναι συμβατά με ένα δυναμικό διεπαφής αντίθετο από αυτό που παρατηρήθηκε στους 50 K.

Τα περισσότερα ηλεκτρόνια συμπυκνώνονται σε ζεύγη Cooper στο υπεραγώγιμο YBCO κάτω από τη θερμοκρασία μετάβασής του Tc. Ενώ βρίσκονται στο μεταλλικό ηλεκτρόδιο, όλα τα ηλεκτρόνια παραμένουν σε μοναδική μορφή. Υπάρχει μεγάλη κλίση πυκνότητας τόσο για τα μοναδικά ηλεκτρόνια όσο και για τα ζεύγη Cooper κοντά στη διεπαφή μετάλλου-υπεραγωγού. Τα μοναδικά ηλεκτρόνια με την πλειοψηφία των φορέων σε μεταλλικό υλικό θα διαχέονται στην περιοχή του υπεραγωγού, ενώ τα ζεύγη Cooper με την πλειοψηφία των φορέων στην περιοχή YBCO θα διαχέονται στην περιοχή του μετάλλου. Καθώς τα ζεύγη Cooper που φέρουν περισσότερα φορτία και έχουν μεγαλύτερη κινητικότητα από τα μοναδικά ηλεκτρόνια διαχέονται από το YBCO στην μεταλλική περιοχή, τα θετικά φορτισμένα άτομα μένουν πίσω, με αποτέλεσμα ένα ηλεκτρικό πεδίο στην περιοχή του χωρικού φορτίου. Η κατεύθυνση αυτού του ηλεκτρικού πεδίου φαίνεται στο σχηματικό διάγραμμα Σχήμα 1δ. Η φωτισμός προσπίπτοντος φωτονίου κοντά στην περιοχή του χωρικού φορτίου μπορεί να δημιουργήσει ζεύγη eh που θα διαχωριστούν και θα παρασυρθούν, παράγοντας ένα φωτορεύμα στην κατεύθυνση αντίστροφης πόλωσης. Μόλις τα ηλεκτρόνια βγουν από το ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο, συμπυκνώνονται σε ζεύγη και ρέουν στο άλλο ηλεκτρόδιο χωρίς αντίσταση. Σε αυτήν την περίπτωση, η πολικότητα Voc είναι αντίθετη από την προκαθορισμένη και εμφανίζει αρνητική τιμή όταν η δέσμη λέιζερ δείχνει προς την περιοχή γύρω από το αρνητικό ηλεκτρόδιο. Από την τιμή της Voc, μπορεί να εκτιμηθεί το δυναμικό στη διεπαφή: η απόσταση μεταξύ των δύο αγωγών τάσης d είναι ~5 × 10−3 m, το πάχος της διεπαφής μετάλλου-υπεραγωγού, di, θα πρέπει να είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με το μήκος συνοχής του υπεραγωγού YBCO (~1 nm)19,20, λαμβάνοντας την τιμή Voc = 0,03 mV, το δυναμικό Vms στη διεπαφή μετάλλου-υπεραγωγού αξιολογείται σε ~10−11 V στους 50 K με ένταση λέιζερ 502 mW/cm2, χρησιμοποιώντας την εξίσωση,

Θέλουμε να τονίσουμε εδώ ότι η φωτο-επαγόμενη τάση δεν μπορεί να εξηγηθεί από το φωτοθερμικό φαινόμενο. Έχει πειραματικά αποδειχθεί ότι ο συντελεστής Seebeck του υπεραγωγού YBCO είναι Ss = 021. Ο συντελεστής Seebeck για τα χάλκινα σύρματα κυμαίνεται στην περιοχή SCu = 0,34–1,15 μV/K3. Η θερμοκρασία του χάλκινου σύρματος στην κηλίδα λέιζερ μπορεί να αυξηθεί κατά μια μικρή ποσότητα 0,06 K με μέγιστη ένταση λέιζερ διαθέσιμη στους 50 K. Αυτό θα μπορούσε να παράγει ένα θερμοηλεκτρικό δυναμικό 6,9 × 10−8 V, το οποίο είναι τρεις τάξεις μεγέθους μικρότερο από το Voc που λαμβάνεται στο Σχήμα 1 (α). Είναι προφανές ότι το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο είναι πολύ μικρό για να εξηγήσει τα πειραματικά αποτελέσματα. Στην πραγματικότητα, η μεταβολή της θερμοκρασίας λόγω της ακτινοβολίας λέιζερ θα εξαφανιζόταν σε λιγότερο από ένα λεπτό, επομένως η συμβολή του θερμικού φαινομένου μπορεί να αγνοηθεί με ασφάλεια.

Αυτό το φωτοβολταϊκό φαινόμενο του YBCO σε θερμοκρασία δωματίου αποκαλύπτει ότι εδώ εμπλέκεται ένας διαφορετικός μηχανισμός διαχωρισμού φορτίου. Το υπεραγώγιμο YBCO σε κανονική κατάσταση είναι ένα υλικό τύπου p με οπές ως φορέα φορτίου22,23, ενώ η μεταλλική πάστα Ag έχει χαρακτηριστικά ενός υλικού τύπου n. Όπως και οι επαφές pn, η διάχυση ηλεκτρονίων στην πάστα αργύρου και οι οπές στην κεραμική YBCO θα σχηματίσουν ένα εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο που θα δείχνει προς την κεραμική YBCO στη διεπαφή (Εικ. 1h). Αυτό το εσωτερικό πεδίο παρέχει τη δύναμη διαχωρισμού και οδηγεί σε θετικό Voc και αρνητικό Isc για το σύστημα πάστας YBCO-Ag σε θερμοκρασία δωματίου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1e. Εναλλακτικά, το Ag-YBCO θα μπορούσε να σχηματίσει μια επαφή Schottky τύπου p, η οποία οδηγεί επίσης σε ένα δυναμικό διεπαφής με την ίδια πολικότητα όπως στο μοντέλο που παρουσιάστηκε παραπάνω24.

Για να διερευνηθεί η λεπτομερής διαδικασία εξέλιξης των φωτοβολταϊκών ιδιοτήτων κατά τη μετάβαση σε υπεραγώγιμο του YBCO, μετρήθηκαν οι καμπύλες IV του δείγματος στους 80 K με επιλεγμένες εντάσεις λέιζερ που φωτίζονται στο ηλεκτρόδιο καθόδου (Εικ. 2). Χωρίς ακτινοβολία λέιζερ, η τάση στο δείγμα παραμένει μηδενική ανεξάρτητα από το ρεύμα, υποδεικνύοντας την υπεραγώγιμη κατάσταση του δείγματος στους 80 K (Εικ. 2α). Παρόμοια με τα δεδομένα που ελήφθησαν στους 50 K, οι καμπύλες IV παράλληλες προς τον άξονα I κινούνται προς τα κάτω με αυξανόμενη ένταση λέιζερ μέχρι να επιτευχθεί μια κρίσιμη τιμή Pc. Πάνω από αυτήν την κρίσιμη ένταση λέιζερ (Pc), ο υπεραγωγός υφίσταται μια μετάβαση από μια υπεραγώγιμη φάση σε μια φάση αντίστασης. Η τάση αρχίζει να αυξάνεται με το ρεύμα λόγω της εμφάνισης αντίστασης στον υπεραγωγό. Ως αποτέλεσμα, η καμπύλη IV αρχίζει να τέμνεται με τον άξονα I και τον άξονα V, οδηγώντας αρχικά σε αρνητικό Voc και θετικό Isc. Τώρα το δείγμα φαίνεται να βρίσκεται σε μια ειδική κατάσταση στην οποία η πολικότητα των Voc και Isc είναι εξαιρετικά ευαίσθητη στην ένταση του φωτός. Με πολύ μικρή αύξηση στην ένταση του φωτός, το Isc μετατρέπεται από θετικό σε αρνητικό και το Voc από αρνητικό σε θετικό, περνώντας την αρχή των αξόνων (η υψηλή ευαισθησία των φωτοβολταϊκών ιδιοτήτων, ιδιαίτερα η τιμή του Isc, στον φωτισμό φωτός μπορεί να φανεί πιο καθαρά στο Σχήμα 2b). Στην υψηλότερη διαθέσιμη ένταση λέιζερ, οι καμπύλες IV σκοπεύουν να είναι παράλληλες μεταξύ τους, υποδηλώνοντας την κανονική κατάσταση του δείγματος YBCO.

Το κέντρο της κηλίδας λέιζερ είναι τοποθετημένο γύρω από τα ηλεκτρόδια καθόδου (βλ. Σχήμα 1i). a, Καμπύλες IV του YBCO που ακτινοβολείται με διαφορετικές εντάσεις λέιζερ. b (πάνω), Εξάρτηση της έντασης του λέιζερ από την τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc και το ρεύμα βραχυκυκλώματος Isc. Οι τιμές Isc δεν μπορούν να ληφθούν σε χαμηλή ένταση φωτός (< 110 mW/cm2) επειδή οι καμπύλες IV είναι παράλληλες προς τον άξονα I όταν το δείγμα βρίσκεται σε υπεραγώγιμη κατάσταση. b (κάτω), διαφορική αντίσταση ως συνάρτηση της έντασης του λέιζερ.

Η εξάρτηση της έντασης λέιζερ από το Voc και το Isc στους 80 K φαίνεται στο Σχήμα 2b (πάνω). Οι φωτοβολταϊκές ιδιότητες μπορούν να συζητηθούν σε τρεις περιοχές έντασης φωτός. Η πρώτη περιοχή είναι μεταξύ 0 και Pc, στην οποία το YBCO είναι υπεραγώγιμο, το Voc είναι αρνητικό και μειώνεται (η απόλυτη τιμή αυξάνεται) με την ένταση του φωτός και φτάνοντας σε ένα ελάχιστο στο Pc. Η δεύτερη περιοχή είναι από το Pc σε μια άλλη κρίσιμη ένταση P0, στην οποία το Voc αυξάνεται ενώ το Isc μειώνεται με την αυξανόμενη ένταση του φωτός και αμφότερες φτάνουν στο μηδέν στο P0. Η τρίτη περιοχή είναι πάνω από το P0 μέχρι να επιτευχθεί η κανονική κατάσταση του YBCO. Αν και τόσο το Voc όσο και το Isc ποικίλλουν με την ένταση του φωτός με τον ίδιο τρόπο όπως στην περιοχή 2, έχουν αντίθετη πολικότητα πάνω από την κρίσιμη ένταση P0. Η σημασία του P0 έγκειται στο ότι δεν υπάρχει φωτοβολταϊκό φαινόμενο και ο μηχανισμός διαχωρισμού φορτίου αλλάζει ποιοτικά σε αυτό το συγκεκριμένο σημείο. Το δείγμα YBCO γίνεται μη υπεραγώγιμο σε αυτό το εύρος έντασης φωτός, αλλά η κανονική κατάσταση δεν έχει ακόμη επιτευχθεί.

Σαφώς, τα φωτοβολταϊκά χαρακτηριστικά του συστήματος σχετίζονται στενά με την υπεραγωγιμότητα του YBCO και την υπεραγωγιμότητά του. Η διαφορική αντίσταση, dV/dI, του YBCO φαίνεται στο Σχήμα 2b (κάτω) ως συνάρτηση της έντασης του λέιζερ. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το ενσωματωμένο ηλεκτρικό δυναμικό στη διεπαφή λόγω των σημείων διάχυσης του ζεύγους Cooper από τον υπεραγωγό στο μέταλλο. Παρόμοια με αυτή που παρατηρήθηκε στους 50 K, το φωτοβολταϊκό φαινόμενο ενισχύεται με την αύξηση της έντασης του λέιζερ από 0 σε Pc. Όταν η ένταση του λέιζερ φτάσει σε μια τιμή ελαφρώς πάνω από το Pc, η καμπύλη IV αρχίζει να γέρνει και η αντίσταση του δείγματος αρχίζει να εμφανίζεται, αλλά η πολικότητα του δυναμικού διεπαφής δεν έχει αλλάξει ακόμη. Η επίδραση της οπτικής διέγερσης στην υπεραγωγιμότητα έχει διερευνηθεί στην ορατή ή εγγύς υπέρυθρη περιοχή. Ενώ η βασική διαδικασία είναι η διάσπαση των ζευγών Cooper και η καταστροφή της υπεραγωγιμότητας25,26, σε ορισμένες περιπτώσεις η μετάβαση της υπεραγωγιμότητας μπορεί να ενισχυθεί27,28,29, ενώ μπορούν ακόμη και να προκληθούν νέες φάσεις υπεραγωγιμότητας30. Η απουσία υπεραγωγιμότητας στο Pc μπορεί να αποδοθεί στη φωτοεπαγόμενη θραύση του ζεύγους. Στο σημείο P0, το δυναμικό στην διεπιφάνεια γίνεται μηδέν, υποδεικνύοντας ότι η πυκνότητα φορτίου και στις δύο πλευρές της διεπιφάνειας φτάνει στο ίδιο επίπεδο υπό αυτή τη συγκεκριμένη ένταση φωτισμού. Περαιτέρω αύξηση στην ένταση του λέιζερ έχει ως αποτέλεσμα την καταστροφή περισσότερων ζευγών Cooper και το YBCO σταδιακά μετασχηματίζεται ξανά σε υλικό τύπου p. Αντί για διάχυση ηλεκτρονίων και ζευγών Cooper, το χαρακτηριστικό της διεπιφάνειας καθορίζεται πλέον από τη διάχυση ηλεκτρονίων και οπών, η οποία οδηγεί σε αντιστροφή πολικότητας του ηλεκτρικού πεδίου στη διεπιφάνεια και κατά συνέπεια σε θετικό Voc (συγκρίνετε Σχήμα 1d,h). Σε πολύ υψηλή ένταση λέιζερ, η διαφορική αντίσταση των κορεσμένων YBCO σε μια τιμή που αντιστοιχεί στην κανονική κατάσταση και τόσο το Voc όσο και το Isc τείνουν να μεταβάλλονται γραμμικά με την ένταση του λέιζερ (Σχήμα 2b). Αυτή η παρατήρηση αποκαλύπτει ότι η ακτινοβολία λέιζερ στο YBCO κανονικής κατάστασης δεν θα αλλάζει πλέον την ειδική του αντίσταση και το χαρακτηριστικό της διεπιφάνειας υπεραγωγού-μετάλλου, αλλά μόνο θα αυξάνει τη συγκέντρωση των ζευγών ηλεκτρονίων-οπών.

Για να διερευνηθεί η επίδραση της θερμοκρασίας στις φωτοβολταϊκές ιδιότητες, το σύστημα μετάλλου-υπεραγωγού ακτινοβολήθηκε στην κάθοδο με μπλε λέιζερ έντασης 502 mW/cm2. Οι καμπύλες IV που ελήφθησαν σε επιλεγμένες θερμοκρασίες μεταξύ 50 και 300 K δίνονται στο Σχήμα 3α. Η τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc, το ρεύμα βραχυκυκλώματος Isc και η διαφορική αντίσταση μπορούν στη συνέχεια να ληφθούν από αυτές τις καμπύλες IV και φαίνονται στο Σχήμα 3β. Χωρίς φωτισμό με φως, όλες οι καμπύλες IV που μετρήθηκαν σε διαφορετικές θερμοκρασίες περνούν από την αρχή όπως αναμενόταν (ένθετο του Σχήματος 3α). Τα χαρακτηριστικά IV αλλάζουν δραστικά με την αύξηση της θερμοκρασίας όταν το σύστημα φωτίζεται από μια σχετικά ισχυρή δέσμη λέιζερ (502 mW/cm2). Σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι καμπύλες IV είναι ευθείες γραμμές παράλληλες προς τον άξονα I με αρνητικές τιμές Voc. Αυτή η καμπύλη κινείται προς τα πάνω με την αύξηση της θερμοκρασίας και σταδιακά μετατρέπεται σε γραμμή με μη μηδενική κλίση σε μια κρίσιμη θερμοκρασία Tcp (Σχήμα 3α (πάνω)). Φαίνεται ότι όλες οι χαρακτηριστικές καμπύλες IV περιστρέφονται γύρω από ένα σημείο στο τρίτο τεταρτημόριο. Η τιμή Voc αυξάνεται από αρνητική σε θετική, ενώ η τιμή Isc μειώνεται από θετική σε αρνητική. Πάνω από την αρχική θερμοκρασία μετάβασης υπεραγώγιμης θερμοκρασίας Tc του YBCO, η καμπύλη IV αλλάζει αρκετά διαφορετικά με τη θερμοκρασία (κάτω μέρος του Σχήματος 3α). Πρώτον, το κέντρο περιστροφής των καμπυλών IV μετακινείται στο πρώτο τεταρτημόριο. Δεύτερον, η τιμή Voc συνεχίζει να μειώνεται και η τιμή Isc αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας (πάνω μέρος του Σχήματος 3β). Τρίτον, η κλίση των καμπυλών IV αυξάνεται γραμμικά με τη θερμοκρασία, με αποτέλεσμα έναν θετικό συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας για το YBCO (κάτω μέρος του Σχήματος 3β).

Εξάρτηση των φωτοβολταϊκών χαρακτηριστικών από τη θερμοκρασία για το σύστημα πάστας YBCO-Ag υπό ακτινοβολία λέιζερ 502 mW/cm2.

Το κέντρο της κηλίδας λέιζερ είναι τοποθετημένο γύρω από τα ηλεκτρόδια καθόδου (βλ. Σχήμα 1i). a, καμπύλες IV που λαμβάνονται από 50 έως 90 K (πάνω) και από 100 έως 300 K (κάτω) με αύξηση θερμοκρασίας 5 K και 20 K, αντίστοιχα. Το ένθετο a δείχνει τα χαρακτηριστικά IV σε διάφορες θερμοκρασίες στο σκοτάδι. Όλες οι καμπύλες τέμνουν το σημείο εκκίνησης. b, τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc και ρεύμα βραχυκυκλώματος Isc (πάνω) και η διαφορική αντίσταση, dV/dI, του YBCO (κάτω) ως συνάρτηση της θερμοκρασίας. Η θερμοκρασία μετάβασης μηδενικής αντίστασης υπεραγώγιμης θερμοκρασίας Tcp δεν δίνεται επειδή είναι πολύ κοντά στο Tc0.

Από το Σχήμα 3b μπορούν να αναγνωριστούν τρεις κρίσιμες θερμοκρασίες: Tcp, πάνω από την οποία το YBCO καθίσταται μη υπεραγώγιμο, Tc0, στην οποία τόσο το Voc όσο και το Isc γίνονται μηδέν, και Tc, η αρχική θερμοκρασία μετάβασης υπεραγώγιμης έναρξης του YBCO χωρίς ακτινοβολία λέιζερ. Κάτω από Tcp ~ 55 K, το YBCO που ακτινοβολήθηκε με λέιζερ βρίσκεται σε υπεραγώγιμη κατάσταση με σχετικά υψηλή συγκέντρωση ζευγών Cooper. Το αποτέλεσμα της ακτινοβολίας λέιζερ είναι η μείωση της θερμοκρασίας μετάβασης υπεραγώγιμης μηδενικής αντίστασης από 89 K σε ~55 K (κάτω μέρος του Σχήματος 3b) μειώνοντας τη συγκέντρωση του ζεύγους Cooper, εκτός από την παραγωγή φωτοβολταϊκής τάσης και ρεύματος. Η αύξηση της θερμοκρασίας διασπά επίσης τα ζεύγη Cooper, οδηγώντας σε χαμηλότερο δυναμικό στη διεπαφή. Κατά συνέπεια, η απόλυτη τιμή του Voc θα γίνει μικρότερη, αν και εφαρμόζεται η ίδια ένταση φωτισμού λέιζερ. Το δυναμικό της διεπαφής θα γίνεται όλο και μικρότερο με περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας και θα φτάσει στο μηδέν στο Tc0. Δεν υπάρχει φωτοβολταϊκό φαινόμενο σε αυτό το ειδικό σημείο επειδή δεν υπάρχει εσωτερικό πεδίο για να διαχωρίσει τα φωτοεπαγόμενα ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών. Μια αντιστροφή πολικότητας του δυναμικού συμβαίνει πάνω από αυτήν την κρίσιμη θερμοκρασία, καθώς η πυκνότητα ελεύθερου φορτίου στην πάστα Ag είναι μεγαλύτερη από αυτή στο YBCO, η οποία μεταφέρεται σταδιακά πίσω σε ένα υλικό τύπου p. Εδώ θέλουμε να τονίσουμε ότι η αντιστροφή πολικότητας των Voc και Isc συμβαίνει αμέσως μετά τη μετάβαση μηδενικής αντίστασης στην υπεραγώγιμη κατάσταση, ανεξάρτητα από την αιτία της μετάβασης. Αυτή η παρατήρηση αποκαλύπτει σαφώς, για πρώτη φορά, τη συσχέτιση μεταξύ της υπεραγωγιμότητας και των φωτοβολταϊκών φαινομένων που σχετίζονται με το δυναμικό διεπαφής μετάλλου-υπεραγωγού. Η φύση αυτού του δυναμικού κατά μήκος της διεπαφής υπεραγωγού-κανονικού μετάλλου έχει αποτελέσει ερευνητικό επίκεντρο τις τελευταίες δεκαετίες, αλλά υπάρχουν πολλά ερωτήματα που περιμένουν ακόμη απάντηση. Η μέτρηση του φωτοβολταϊκού φαινομένου μπορεί να αποδειχθεί μια αποτελεσματική μέθοδος για την εξερεύνηση των λεπτομερειών (όπως η ισχύς και η πολικότητά του κ.λπ.) αυτού του σημαντικού δυναμικού και, ως εκ τούτου, να ρίξει φως στο φαινόμενο εγγύτητας της υπεραγώγιμης κατάστασης σε υψηλή θερμοκρασία.

Περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας από Tc0 σε Tc οδηγεί σε μικρότερη συγκέντρωση ζευγών Cooper και σε ενίσχυση του δυναμικού διεπαφής και κατά συνέπεια σε μεγαλύτερο Voc. Στο Tc η συγκέντρωση ζεύγους Cooper γίνεται μηδέν και το δυναμικό συσσώρευσης στη διεπαφή φτάνει στο μέγιστο, με αποτέλεσμα μέγιστο Voc και ελάχιστο Isc. Η ταχεία αύξηση του Voc και του Isc (απόλυτη τιμή) σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας αντιστοιχεί στην υπεραγώγιμη μετάβαση η οποία διευρύνεται από ΔT ~ 3 K σε ~34 K με ακτινοβολία λέιζερ έντασης 502 mW/cm2 (Εικ. 3b). Στις κανονικές καταστάσεις πάνω από Tc, η τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc μειώνεται με τη θερμοκρασία (πάνω μέρος του Σχήματος 3b), παρόμοια με τη γραμμική συμπεριφορά του Voc για κανονικά ηλιακά κύτταρα με βάση τις επαφές pn31,32,33. Αν και ο ρυθμός μεταβολής του Voc με τη θερμοκρασία (−dVoc/dT), ο οποίος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ένταση του λέιζερ, είναι πολύ μικρότερος από αυτόν των κανονικών ηλιακών κυττάρων, ο συντελεστής θερμοκρασίας του Voc για την επαφή YBCO-Ag έχει την ίδια τάξη μεγέθους με αυτόν των ηλιακών κυττάρων. Το ρεύμα διαρροής μιας επαφής pn για μια κανονική συσκευή ηλιακού στοιχείου αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, οδηγώντας σε μείωση του Voc καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Οι γραμμικές καμπύλες IV που παρατηρούνται για αυτό το σύστημα Ag-υπεραγωγού, λόγω πρώτον του πολύ μικρού δυναμικού διεπαφής και δεύτερον της σύνδεσης πλάτη με πλάτη των δύο ετεροεπαφών, καθιστούν δύσκολο τον προσδιορισμό του ρεύματος διαρροής. Παρ' όλα αυτά, φαίνεται πολύ πιθανό ότι η ίδια εξάρτηση από τη θερμοκρασία του ρεύματος διαρροής είναι υπεύθυνη για τη συμπεριφορά Voc που παρατηρήθηκε στο πείραμά μας. Σύμφωνα με τον ορισμό, το Isc είναι το ρεύμα που απαιτείται για την παραγωγή αρνητικής τάσης για την αντιστάθμιση του Voc, έτσι ώστε η συνολική τάση να είναι μηδέν. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, το Voc γίνεται μικρότερο, έτσι ώστε να απαιτείται λιγότερο ρεύμα για την παραγωγή αρνητικής τάσης. Επιπλέον, η αντίσταση του YBCO αυξάνεται γραμμικά με τη θερμοκρασία πάνω από το Tc (κάτω μέρος του Σχήματος 3b), γεγονός που συμβάλλει επίσης στη μικρότερη απόλυτη τιμή του Isc σε υψηλές θερμοκρασίες.

Σημειώστε ότι τα αποτελέσματα που δίνονται στα Σχήματα 2, 3 λαμβάνονται με ακτινοβολία λέιζερ στην περιοχή γύρω από τα ηλεκτρόδια καθόδου. Οι μετρήσεις έχουν επίσης επαναληφθεί με κηλίδα λέιζερ τοποθετημένη στην άνοδο και έχουν παρατηρηθεί παρόμοια χαρακτηριστικά IV και φωτοβολταϊκές ιδιότητες, εκτός από το ότι η πολικότητα των Voc και Isc έχει αντιστραφεί σε αυτήν την περίπτωση. Όλα αυτά τα δεδομένα οδηγούν σε έναν μηχανισμό για το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, ο οποίος σχετίζεται στενά με τη διεπαφή υπεραγωγού-μετάλλου.

Συνοπτικά, τα χαρακτηριστικά IV του συστήματος υπεραγώγιμης πάστας YBCO-Ag που έχει ακτινοβοληθεί με λέιζερ έχουν μετρηθεί ως συναρτήσεις της θερμοκρασίας και της έντασης του λέιζερ. Αξιοσημείωτο φωτοβολταϊκό φαινόμενο έχει παρατηρηθεί στην περιοχή θερμοκρασιών από 50 έως 300 K. Διαπιστώνεται ότι οι φωτοβολταϊκές ιδιότητες συσχετίζονται έντονα με την υπεραγωγιμότητα των κεραμικών YBCO. Μια αντιστροφή πολικότητας των Voc και Isc συμβαίνει αμέσως μετά τη φωτοεπαγόμενη μετάβαση από υπεραγώγιμο σε μη υπεραγώγιμο. Η εξάρτηση της θερμοκρασίας των Voc και Isc που μετράται σε σταθερή ένταση λέιζερ δείχνει επίσης μια ξεχωριστή αντιστροφή πολικότητας σε μια κρίσιμη θερμοκρασία πάνω από την οποία το δείγμα γίνεται αντιστατικό. Εντοπίζοντας την κηλίδα λέιζερ σε διαφορετικό μέρος του δείγματος, δείχνουμε ότι υπάρχει ένα ηλεκτρικό δυναμικό κατά μήκος της διεπαφής, το οποίο παρέχει τη δύναμη διαχωρισμού για τα φωτοεπαγόμενα ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών. Αυτό το δυναμικό διεπαφής κατευθύνεται από το YBCO στο μεταλλικό ηλεκτρόδιο όταν το YBCO είναι υπεραγώγιμο και μεταβαίνει στην αντίθετη κατεύθυνση όταν το δείγμα γίνεται μη υπεραγώγιμο. Η προέλευση του δυναμικού μπορεί να σχετίζεται φυσικά με το φαινόμενο εγγύτητας στη διεπαφή μετάλλου-υπεραγωγού όταν το YBCO είναι υπεραγώγιμο και εκτιμάται ότι είναι ~10−8 mV στους 50 K με ένταση λέιζερ 502 mW/cm2. Η επαφή ενός υλικού τύπου p YBCO σε κανονική κατάσταση με ένα υλικό τύπου n, την Ag-paste, σχηματίζει μια οιονεί-pn σύνδεση η οποία είναι υπεύθυνη για τη φωτοβολταϊκή συμπεριφορά των κεραμικών YBCO σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι παραπάνω παρατηρήσεις ρίχνουν φως στο φαινόμενο PV σε κεραμικά YBCO υψηλής θερμοκρασίας με υπεραγώγιμο φως και ανοίγουν το δρόμο για νέες εφαρμογές σε οπτοηλεκτρονικές συσκευές όπως ο γρήγορος παθητικός ανιχνευτής φωτός και ο ανιχνευτής ενός φωτονίου.

Τα πειράματα φωτοβολταϊκού φαινομένου πραγματοποιήθηκαν σε ένα κεραμικό δείγμα YBCO πάχους 0,52 mm και ορθογώνιου σχήματος 8,64 × 2,26 mm2 και φωτίστηκαν από συνεχές μπλε λέιζερ (λ = 450 nm) με μέγεθος κηλίδας λέιζερ ακτίνας 1,25 mm. Η χρήση δείγματος χύδην αντί για δείγμα λεπτής μεμβράνης μας επιτρέπει να μελετήσουμε τις φωτοβολταϊκές ιδιότητες του υπεραγωγού χωρίς να χρειάζεται να αντιμετωπίσουμε την πολύπλοκη επίδραση του υποστρώματος6,7. Επιπλέον, το χύδην υλικό θα μπορούσε να είναι ευνοϊκό για την απλή διαδικασία παρασκευής του και το σχετικά χαμηλό κόστος. Τα σύρματα χαλκού είναι συνεκτικά στο δείγμα YBCO με πάστα αργύρου σχηματίζοντας τέσσερα κυκλικά ηλεκτρόδια διαμέτρου περίπου 1 mm. Η απόσταση μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων τάσης είναι περίπου 5 mm. Τα χαρακτηριστικά IV του δείγματος μετρήθηκαν χρησιμοποιώντας το μαγνητόμετρο δείγματος δόνησης (VersaLab, Quantum Design) με παράθυρο κρυστάλλου χαλαζία. Χρησιμοποιήθηκε η τυπική μέθοδος τεσσάρων συρμάτων για τη λήψη των καμπυλών IV. Οι σχετικές θέσεις των ηλεκτροδίων και της κηλίδας λέιζερ φαίνονται στο Σχήμα 1i.

Πώς να αναφέρετε αυτό το άρθρο: Yang, F. et al. Προέλευση του φωτοβολταϊκού φαινομένου σε υπεραγώγιμα κεραμικά YBa2Cu3O6.96. Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).

Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Τάσεις που προκαλούνται από λέιζερ απαγορευμένες από συμμετρία σε YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 41, 11564–11567 (1990).

Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Προέλευση του ανώμαλου φωτοβολταϊκού σήματος στο Y-Ba-Cu-O. Phys. Rev. B 43, 6270–6272 (1991).

Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Μέτρηση τάσεων που προκαλούνται από λέιζερ σε υπεραγώγιμα Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Rev. B 46, 5773–5776 (1992).

Tate, KL, et al. Παροδικές τάσεις που προκαλούνται από λέιζερ σε μεμβράνες YBa2Cu3O7-x σε θερμοκρασία δωματίου. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).

Kwok, HS & Zheng, JP Ανώμαλη φωτοβολταϊκή απόκριση στο YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 46, 3692–3695 (1992).

Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Φωτογενής έγχυση φορέα οπών σε YBa2Cu3O7−x σε ετεροδομή οξειδίου. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).

Asakura, D. et al. Μελέτη φωτοεκπομπής λεπτών υμενίων YBa2Cu3Oy υπό φωτισμό φωτός. Phys. Rev. Lett. 93, 247006 (2004).

Yang, F. et al. Φωτοβολταϊκό φαινόμενο ετεροεπαφής YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3:Nb που έχει υποστεί ανόπτηση σε διαφορετική μερική πίεση οξυγόνου. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).

Aminov, BA et al. Δομή δύο κενών σε μονοκρυστάλλους Yb(Y)Ba2Cu3O7-x. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).

Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Δυναμική χαλάρωσης οιονεί σωματιδίων σε υπεραγωγούς με διαφορετικές δομές κενού: Θεωρία και πειράματα στο YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. B 59, 1497–1506 (1999).

Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Ιδιότητες ανόρθωσης της ετεροεπαφής YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3:Nb. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).

Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Απορρόφηση διεγερτικών ινών και υπεραγωγιμότητα στο YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. Lett. 59, 919–922 (1987).

Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Παροδική φωτοεπαγόμενη αγωγιμότητα σε ημιαγώγιμους μονοκρυστάλλους του YBa2Cu3O6.3: αναζήτηση φωτοεπαγόμενης μεταλλικής κατάστασης και φωτοεπαγόμενης υπεραγωγιμότητας. Solid State Commun. 72, 345–349 (1989).

McMillan, WL Μοντέλο σήραγγας του φαινομένου εγγύτητας υπεραγώγιμων ινών. Phys. Rev. 175, 537–542 (1968).

Guéron, S. et al. Φαινόμενο υπεραγώγιμης εγγύτητας διερευνημένο σε μεσοσκοπική κλίμακα μήκους. Phys. Rev. Lett. 77, 3025–3028 (1996).

Annunziata, G. & Manske, D. Φαινόμενο εγγύτητας με μη κεντροσυμμετρικούς υπεραγωγούς. Phys. Rev. B 86, 17514 (2012).

Qu, FM et al. Ισχυρό φαινόμενο υπεραγώγιμης εγγύτητας σε υβριδικές δομές Pb-Bi2Te3. Sci. Rep. 2, 339 (2012).

Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Ένα νέο φωτοκύτταρο πυριτίου pn για τη μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια. J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).

Tomimoto, K. Επιδράσεις προσμίξεων στο μήκος υπεραγώγιμης συνοχής σε μονοκρυστάλλους YBa2Cu3O6.9 με προσμίξεις Zn ή Ni. Phys. Rev. B 60, 114–117 (1999).

Ando, ​​Y. & Segawa, K. Μαγνητοαντίσταση μη διδυμωμένων μονοκρυστάλλων YBa2Cu3Oy σε ένα ευρύ φάσμα προσμίξεων: ανώμαλη εξάρτηση του μήκους συνοχής από την προσμίξη οπών. Phys. Rev. Lett. 88, 167005 (2002).

Obertelli, SD & Cooper, JR Συστηματική στη θερμοηλεκτρική ισχύ οξειδίων υψηλής θερμοκρασίας. Phys. Rev. B 46, 14928–14931, (1992).

Sugai, S. et al. Μετατόπιση ορμής της συνεκτικής κορυφής και του τρόπου φωνονίου LO που εξαρτάται από την πυκνότητα φορέα σε υπεραγωγούς υψηλής Tc τύπου p. Phys. Rev. B 68, 184504 (2003).

Nojima, T. et al. Μείωση οπών και συσσώρευση ηλεκτρονίων σε λεπτές μεμβράνες YBa2Cu3Oy χρησιμοποιώντας ηλεκτροχημική τεχνική: Ενδείξεις για μεταλλική κατάσταση τύπου n. Phys. Rev. B 84, 020502 (2011).

Tung, RT Η φυσική και η χημεία του ύψους του φράγματος Schottky. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).

Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Επιδράσεις της Δυναμικής Εξωτερικής Διάσπασης Ζευγαριών σε Υπεραγώγιμες Μεμβράνες. Phys. Rev. Lett. 33, 215–219 (1974).

Nieva, G. et al. Φωτοεπαγόμενη ενίσχυση της υπεραγωγιμότητας. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).

Kudinov, VI et al. Επίμονη φωτοαγωγιμότητα σε μεμβράνες YBa2Cu3O6+x ως μέθοδος φωτοπροστασίας προς μεταλλικές και υπεραγώγιμες φάσεις. Phys. Rev. B 14, 9017–9028 (1993).

Mankowsky, R. et al. Μη γραμμική δυναμική πλέγματος ως βάση για βελτιωμένη υπεραγωγιμότητα στο YBa2Cu3O6.5. Nature 516, 71–74 (2014).

Fausti, D. et al. Υπεραγωγιμότητα που προκαλείται από το φως σε χαλκό με ραβδωτή διάταξη. Science 331, 189–191 (2011).

El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Η λειτουργική εξάρτηση των VOC από τη θερμοκρασία για ένα ηλιακό στοιχείο σε σχέση με την απόδοσή του, νέα προσέγγιση. Αφαλάτωση 209, 91–96 (2007).

Vernon, SM & Anderson, WA Επιδράσεις θερμοκρασίας σε ηλιακά στοιχεία πυριτίου με φράγμα Schottky. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).

Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Εξάρτηση από τη θερμοκρασία για τις παραμέτρους φωτοβολταϊκής συσκευής ηλιακών κυψελών πολυμερούς-φουλερενίου υπό συνθήκες λειτουργίας. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας (Αριθμός Επιχορήγησης 60571063), τα Βασικά Ερευνητικά Έργα της επαρχίας Χενάν, Κίνα (Αριθμός Επιχορήγησης 122300410231).

Ο FY έγραψε το κείμενο της εργασίας και ο MYH ετοίμασε το κεραμικό δείγμα YBCO. Οι FY και MYH πραγματοποίησαν το πείραμα και ανέλυσαν τα αποτελέσματα. Ο FGC ηγήθηκε του έργου και της επιστημονικής ερμηνείας των δεδομένων. Όλοι οι συγγραφείς εξέτασαν το χειρόγραφο.

Αυτό το έργο διατίθεται με άδεια Creative Commons Attribution 4.0 International. Οι εικόνες ή άλλο υλικό τρίτων σε αυτό το άρθρο περιλαμβάνονται στην άδεια Creative Commons του άρθρου, εκτός εάν αναφέρεται διαφορετικά στη γραμμή αναφοράς. Εάν το υλικό δεν περιλαμβάνεται στην άδεια Creative Commons, οι χρήστες θα πρέπει να λάβουν άδεια από τον κάτοχο της άδειας για να αναπαράγουν το υλικό. Για να δείτε ένα αντίγραφο αυτής της άδειας, επισκεφθείτε τη διεύθυνση http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Yang, F., Han, M. & Chang, F. Προέλευση του φωτοβολταϊκού φαινομένου σε υπεραγώγιμα κεραμικά YBa2Cu3O6.96. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504

Υποβάλλοντας ένα σχόλιο, συμφωνείτε να συμμορφώνεστε με τους Όρους και τις Οδηγίες Κοινότητας. Εάν βρείτε κάτι καταχρηστικό ή που δεν συμμορφώνεται με τους όρους ή τις οδηγίες μας, παρακαλούμε να το επισημάνετε ως ακατάλληλο.