nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે CSS માટે મર્યાદિત સપોર્ટ સાથે બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો. શ્રેષ્ઠ અનુભવ મેળવવા માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે વધુ અદ્યતન બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા ઇન્ટરનેટ એક્સપ્લોરરમાં સુસંગતતા મોડ બંધ કરો). આ દરમિયાન, સતત સપોર્ટ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને જાવાસ્ક્રિપ્ટ વિના સાઇટ પ્રદર્શિત કરી રહ્યા છીએ.
અમે વાદળી-લેસર પ્રકાશ દ્વારા પ્રેરિત 50 અને 300 K વચ્ચે YBa2Cu3O6.96 (YBCO) સિરામિકમાં નોંધપાત્ર ફોટોવોલ્ટેઇક અસરની જાણ કરીએ છીએ, જે YBCO ની સુપરકન્ડક્ટિવિટી અને YBCO-મેટાલિક ઇલેક્ટ્રોડ ઇન્ટરફેસ સાથે સીધી રીતે સંબંધિત છે. જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગથી રેઝિસ્ટિવ સ્ટેટમાં સંક્રમણમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc અને શોર્ટ સર્કિટ કરંટ Isc માટે ધ્રુવીયતા રિવર્સલ થાય છે. અમે બતાવીએ છીએ કે સુપરકન્ડક્ટર-નોર્મલ મેટલ ઇન્ટરફેસમાં એક વિદ્યુત સંભવિત અસ્તિત્વમાં છે, જે ફોટો-પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીઓ માટે વિભાજન બળ પૂરું પાડે છે. જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય ત્યારે આ ઇન્ટરફેસ સંભવિત YBCO થી મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ દિશામાન થાય છે અને જ્યારે YBCO નોનસુપરકન્ડક્ટિંગ બને છે ત્યારે વિરુદ્ધ દિશામાં સ્વિચ કરે છે. જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય ત્યારે મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસ પર પ્રોક્સિમિટી ઇફેક્ટ સાથે સંભવિતનું મૂળ સરળતાથી સંકળાયેલું હોઈ શકે છે અને તેનું મૂલ્ય 50 K પર ~10–8 mV હોવાનો અંદાજ છે અને 502 mW/cm2 ની લેસર તીવ્રતા સાથે તેનું મૂલ્ય 502 mW/cm2 હોવાનો અંદાજ છે. સામાન્ય સ્થિતિમાં p-પ્રકારના મટીરીયલ YBCO ને n-પ્રકારના મટીરીયલ Ag-પેસ્ટ સાથે જોડીને એક ક્વાસી-pn જંકશન બનાવે છે જે ઊંચા તાપમાને YBCO સિરામિક્સના ફોટોવોલ્ટેઇક વર્તન માટે જવાબદાર છે. અમારા તારણો ફોટોન-ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના નવા ઉપયોગો માટે માર્ગ મોકળો કરી શકે છે અને સુપરકન્ડક્ટર-મેટલ ઇન્ટરફેસ પર નિકટતા અસર પર વધુ પ્રકાશ પાડી શકે છે.
1990 ના દાયકાની શરૂઆતમાં ઉચ્ચ તાપમાન સુપરકન્ડક્ટર્સમાં ફોટો-પ્રેરિત વોલ્ટેજની જાણ કરવામાં આવી છે અને ત્યારથી તેની વ્યાપક તપાસ કરવામાં આવી છે, છતાં તેની પ્રકૃતિ અને મિકેનિઝમ અનિશ્ચિત રહે છે1,2,3,4,5. YBa2Cu3O7-δ (YBCO) પાતળા ફિલ્મો6,7,8, ખાસ કરીને, તેના એડજસ્ટેબલ ઉર્જા ગેપ9,10,11,12,13 ને કારણે ફોટોવોલ્ટેઇક (PV) સેલના સ્વરૂપમાં સઘન અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. જો કે, સબસ્ટ્રેટનો ઉચ્ચ પ્રતિકાર હંમેશા ઉપકરણની ઓછી રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા તરફ દોરી જાય છે અને YBCO8 ના પ્રાથમિક PV ગુણધર્મોને ઢાંકી દે છે. અહીં અમે 50 અને 300 K (Tc ~ 90 K) વચ્ચે YBa2Cu3O6.96 (YBCO) સિરામિકમાં વાદળી-લેસર (λ = 450 nm) પ્રકાશ દ્વારા પ્રેરિત નોંધપાત્ર ફોટોવોલ્ટેઇક અસરની જાણ કરીએ છીએ. અમે બતાવીએ છીએ કે PV અસર YBCO ની સુપરકન્ડક્ટિવિટી અને YBCO-મેટાલિક ઇલેક્ટ્રોડ ઇન્ટરફેસની પ્રકૃતિ સાથે સીધી રીતે સંબંધિત છે. જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ તબક્કામાંથી પ્રતિકારક સ્થિતિમાં સંક્રમણમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc અને શોર્ટ સર્કિટ કરંટ Isc માટે ધ્રુવીયતા રિવર્સલ થાય છે. એવું પ્રસ્તાવિત છે કે સુપરકન્ડક્ટર-નોર્મલ મેટલ ઇન્ટરફેસમાં એક વિદ્યુત સંભવિત અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે ફોટો-પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીઓ માટે વિભાજન બળ પૂરું પાડે છે. જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય ત્યારે આ ઇન્ટરફેસ સંભવિત YBCO થી મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ દિશામાન થાય છે અને જ્યારે નમૂના બિન-સુપરકન્ડક્ટિંગ બને છે ત્યારે વિરુદ્ધ દિશામાં સ્વિચ કરે છે. સંભવિતનું મૂળ કુદરતી રીતે મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસ પર નિકટતા અસર14,15,16,17 સાથે સંકળાયેલ હોઈ શકે છે જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય છે અને તેનું મૂલ્ય 50 K પર ~10−8 mV હોવાનો અંદાજ છે અને 502 mW/cm2 ની લેસર તીવ્રતા છે. સામાન્ય સ્થિતિમાં p-પ્રકારની સામગ્રી YBCO ને n-પ્રકારની સામગ્રી Ag-પેસ્ટ સાથે જોડવાથી, મોટે ભાગે, એક અર્ધ-pn જંકશન બને છે જે ઉચ્ચ તાપમાને YBCO સિરામિક્સના PV વર્તન માટે જવાબદાર છે. અમારા અવલોકનો ઉચ્ચ તાપમાન સુપરકન્ડક્ટિંગ YBCO સિરામિક્સમાં PV અસરના મૂળ પર વધુ પ્રકાશ પાડે છે અને ઝડપી નિષ્ક્રિય પ્રકાશ ડિટેક્ટર વગેરે જેવા ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં તેના ઉપયોગ માટે માર્ગ મોકળો કરે છે.
આકૃતિ 1a–c દર્શાવે છે કે 50 K પર YBCO સિરામિક નમૂનાની IV લાક્ષણિકતાઓ. પ્રકાશ પ્રકાશ વિના, બદલાતા પ્રવાહ સાથે નમૂનામાં વોલ્ટેજ શૂન્ય રહે છે, જેમ કે સુપરકન્ડક્ટિંગ સામગ્રીમાંથી અપેક્ષા રાખી શકાય છે. જ્યારે લેસર બીમ કેથોડ પર નિર્દેશિત થાય છે ત્યારે સ્પષ્ટ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર દેખાય છે (આકૃતિ 1a): I-અક્ષની સમાંતર IV વણાંકો વધતી લેસર તીવ્રતા સાથે નીચે તરફ ખસે છે. તે સ્પષ્ટ છે કે કોઈપણ પ્રવાહ વિના પણ નકારાત્મક ફોટો-પ્રેરિત વોલ્ટેજ છે (ઘણીવાર ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc કહેવાય છે). IV વળાંકનો શૂન્ય ઢાળ સૂચવે છે કે નમૂના હજુ પણ લેસર પ્રકાશ હેઠળ સુપરકન્ડક્ટિંગ કરી રહ્યો છે.
(a–c) અને 300 K (e–g). V(I) ના મૂલ્યો શૂન્યાવકાશમાં −10 mA થી +10 mA સુધીના પ્રવાહને સ્વિપ કરીને મેળવવામાં આવ્યા હતા. સ્પષ્ટતા માટે પ્રાયોગિક ડેટાનો માત્ર એક ભાગ રજૂ કરવામાં આવ્યો છે. a, કેથોડ (i) પર સ્થિત લેસર સ્પોટથી માપવામાં આવેલા YBCO ની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓ. બધા IV વળાંકો આડી સીધી રેખાઓ છે જે દર્શાવે છે કે નમૂના હજુ પણ લેસર ઇરેડિયેશન સાથે સુપરકન્ડક્ટિંગ કરી રહ્યો છે. વક્ર વધતી લેસર તીવ્રતા સાથે નીચે ખસે છે, જે દર્શાવે છે કે શૂન્ય પ્રવાહ હોવા છતાં પણ બે વોલ્ટેજ લીડ્સ વચ્ચે નકારાત્મક સંભવિત (Voc) અસ્તિત્વમાં છે. જ્યારે લેસરને ઈથર 50 K (b) અથવા 300 K (f) પર નમૂનાના કેન્દ્રમાં નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે ત્યારે IV વળાંકો યથાવત રહે છે. એનોડ પ્રકાશિત થતાં આડી રેખા ઉપર ખસે છે (c). 50 K પર મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર જંકશનનું એક યોજનાકીય મોડેલ d માં બતાવવામાં આવ્યું છે. કેથોડ અને એનોડ પર નિર્દેશિત લેસર બીમથી માપવામાં આવતા 300 K પર સામાન્ય સ્થિતિ YBCO ની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓ અનુક્રમે e અને g માં આપવામાં આવી છે. ૫૦ K પરના પરિણામોથી વિપરીત, સીધી રેખાઓનો શૂન્ય સિવાયનો ઢાળ સૂચવે છે કે YBCO સામાન્ય સ્થિતિમાં છે; Voc ના મૂલ્યો વિરુદ્ધ દિશામાં પ્રકાશની તીવ્રતા સાથે બદલાય છે, જે એક અલગ ચાર્જ અલગ કરવાની પદ્ધતિ સૂચવે છે. ૩૦૦ K પર સંભવિત ઇન્ટરફેસ માળખું hj માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે લીડ્સ સાથે નમૂનાનું વાસ્તવિક ચિત્ર.
ઓક્સિજનથી ભરપૂર YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાં સૂર્યપ્રકાશના લગભગ સંપૂર્ણ સ્પેક્ટ્રમને શોષી શકે છે કારણ કે તેની ખૂબ જ નાની ઉર્જા ગેપ (દા.ત.)9,10 છે, જેના કારણે ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીઓ (e–h) બને છે. ફોટોનના શોષણ દ્વારા ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc ઉત્પન્ન કરવા માટે, પુનઃસંયોજન થાય તે પહેલાં ફોટો-જનરેટેડ eh જોડીઓને અવકાશી રીતે અલગ કરવી જરૂરી છે18. આકૃતિ 1i માં દર્શાવેલ કેથોડ અને એનોડની સાપેક્ષમાં નકારાત્મક Voc સૂચવે છે કે મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસમાં એક વિદ્યુત સંભવિત અસ્તિત્વમાં છે, જે ઇલેક્ટ્રોનને એનોડ અને કેથોડમાં છિદ્રો તરફ સ્વિપ કરે છે. જો આવું હોય, તો એનોડ પર સુપરકન્ડક્ટરથી મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ નિર્દેશિત સંભવિત પણ હોવું જોઈએ. પરિણામે, જો એનોડની નજીકના નમૂના વિસ્તારને પ્રકાશિત કરવામાં આવે તો હકારાત્મક Voc પ્રાપ્ત થશે. વધુમાં, જ્યારે લેસર સ્પોટ ઇલેક્ટ્રોડથી દૂરના વિસ્તારો તરફ નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે ત્યારે કોઈ ફોટો-પ્રેરિત વોલ્ટેજ ન હોવા જોઈએ. આકૃતિ 1b,c! માંથી જોઈ શકાય છે તે ચોક્કસપણે આવું જ છે.
જ્યારે પ્રકાશ સ્પોટ કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડથી નમૂનાના કેન્દ્રમાં જાય છે (ઇન્ટરફેસથી લગભગ 1.25 મીમી દૂર), ત્યારે ઉપલબ્ધ મહત્તમ મૂલ્ય સુધી લેસર તીવ્રતા વધારવા સાથે IV વળાંકોમાં કોઈ ફેરફાર અને Voc જોવા મળતો નથી (આકૃતિ 1b). સ્વાભાવિક રીતે, આ પરિણામ ફોટો-પ્રેરિત વાહકોના મર્યાદિત જીવનકાળ અને નમૂનામાં વિભાજન બળના અભાવને આભારી છે. જ્યારે પણ નમૂના પ્રકાશિત થાય છે ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીઓ બનાવી શકાય છે, પરંતુ મોટાભાગના e-h જોડીઓનો નાશ થશે અને જો લેસર સ્પોટ કોઈપણ ઇલેક્ટ્રોડથી દૂરના વિસ્તારોમાં પડે છે તો કોઈ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર જોવા મળતી નથી. લેસર સ્પોટને એનોડ ઇલેક્ટ્રોડ પર ખસેડીને, I-અક્ષની સમાંતર IV વણાંકો વધતી લેસર તીવ્રતા સાથે ઉપર તરફ ખસે છે (આકૃતિ 1c). એનોડ પર મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર જંકશનમાં સમાન બિલ્ટ-ઇન વિદ્યુત ક્ષેત્ર અસ્તિત્વમાં છે. જો કે, આ વખતે મેટાલિક ઇલેક્ટ્રોડ પરીક્ષણ સિસ્ટમના પોઝિટિવ લીડ સાથે જોડાય છે. લેસર દ્વારા ઉત્પાદિત છિદ્રો એનોડ લીડ તરફ ધકેલવામાં આવે છે અને આમ પોઝિટિવ Voc જોવા મળે છે. અહીં રજૂ કરાયેલા પરિણામો મજબૂત પુરાવા આપે છે કે સુપરકન્ડક્ટરથી મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ નિર્દેશ કરતું ઇન્ટરફેસ પોટેન્શિયલ ખરેખર અસ્તિત્વમાં છે.
300 K પર YBa2Cu3O6.96 સિરામિક્સમાં ફોટોવોલ્ટેઇક અસર આકૃતિ 1e–g માં બતાવવામાં આવી છે. પ્રકાશ પ્રકાશ વિના, નમૂનાનો IV વળાંક મૂળ રેખાને પાર કરતી સીધી રેખા છે. આ સીધી રેખા મૂળ રેખાની સમાંતર ઉપર તરફ ખસે છે અને કેથોડ લીડ્સ પર લેસર તીવ્રતા વધતી જાય છે (આકૃતિ 1e). ફોટોવોલ્ટેઇક ઉપકરણ માટે રસના બે મર્યાદિત કિસ્સાઓ છે. શોર્ટ-સર્કિટ સ્થિતિ ત્યારે થાય છે જ્યારે V = 0 હોય છે. આ કિસ્સામાં પ્રવાહને શોર્ટ સર્કિટ પ્રવાહ (Isc) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. બીજો મર્યાદિત કિસ્સો ઓપન-સર્કિટ સ્થિતિ (Voc) છે જે ત્યારે થાય છે જ્યારે R→∞ અથવા પ્રવાહ શૂન્ય હોય છે. આકૃતિ 1e સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે Voc પોઝિટિવ છે અને વધતી જતી પ્રકાશ તીવ્રતા સાથે વધે છે, 50 K પર મેળવેલા પરિણામથી વિપરીત; જ્યારે નકારાત્મક Isc પ્રકાશ પ્રકાશ સાથે તીવ્રતામાં વધારો જોવા મળે છે, જે સામાન્ય સૌર કોષોનું લાક્ષણિક વર્તન છે.
તેવી જ રીતે, જ્યારે લેસર બીમ ઇલેક્ટ્રોડથી દૂરના વિસ્તારોમાં નિર્દેશિત થાય છે, ત્યારે V(I) વળાંક લેસરની તીવ્રતાથી સ્વતંત્ર હોય છે અને ત્યાં કોઈ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર દેખાતી નથી (આકૃતિ 1f). 50 K પર માપનની જેમ, IV વળાંકો વિરુદ્ધ દિશામાં ખસે છે કારણ કે એનોડ ઇલેક્ટ્રોડ ઇરેડિયેટેડ થાય છે (આકૃતિ 1g). 300 K પર આ YBCO-Ag પેસ્ટ સિસ્ટમ માટે પ્રાપ્ત થયેલા આ બધા પરિણામો નમૂનાના વિવિધ સ્થાનો પર ઇરેડિયેટેડ લેસર સાથે 50 K પર અવલોકન કરાયેલ ઇન્ટરફેસ પોટેન્શિયલની વિરુદ્ધ છે.
મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોન YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગમાં કૂપર જોડીઓમાં તેના સંક્રમણ તાપમાન Tc ની નીચે ઘટ્ટ થાય છે. જ્યારે મેટલ ઇલેક્ટ્રોડમાં હોય છે, ત્યારે બધા ઇલેક્ટ્રોન એકવચન સ્વરૂપમાં રહે છે. મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસની નજીક એકવચન ઇલેક્ટ્રોન અને કૂપર જોડીઓ બંને માટે એક મોટો ઘનતા ઢાળ હોય છે. ધાતુના પદાર્થમાં મેજોરિટી-કેરિયર એકવચન ઇલેક્ટ્રોન સુપરકન્ડક્ટર ક્ષેત્રમાં ફેલાય છે, જ્યારે YBCO ક્ષેત્રમાં મેજોરિટી-કેરિયર કૂપર-જોડીઓ ધાતુ ક્ષેત્રમાં ફેલાય છે. જેમ જેમ કૂપર જોડીઓ વધુ ચાર્જ વહન કરે છે અને એકવચન ઇલેક્ટ્રોન કરતાં વધુ ગતિશીલતા ધરાવે છે, તેમ YBCO થી ધાતુ ક્ષેત્રમાં ફેલાય છે, ધન ચાર્જ પરમાણુઓ પાછળ રહી જાય છે, જેના પરિણામે સ્પેસ ચાર્જ ક્ષેત્રમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર બને છે. આ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની દિશા સ્કીમેટિક ડાયાગ્રામ આકૃતિ 1d માં બતાવવામાં આવી છે. સ્પેસ ચાર્જ ક્ષેત્રની નજીક ઘટના ફોટોન લાઇટિંગ eh જોડીઓ બનાવી શકે છે જે અલગ થઈ જશે અને બહાર નીકળી જશે જે રિવર્સ-બાયસ દિશામાં ફોટોકરંટ ઉત્પન્ન કરશે. ઇલેક્ટ્રોન બિલ્ટ-ઇન વિદ્યુત ક્ષેત્રમાંથી બહાર નીકળતાની સાથે જ, તેઓ જોડીમાં ઘટ્ટ થઈ જાય છે અને પ્રતિકાર વિના બીજા ઇલેક્ટ્રોડમાં વહે છે. આ કિસ્સામાં, Voc પ્રી-સેટ પોલેરિટીની વિરુદ્ધ છે અને જ્યારે લેસર બીમ નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડની આસપાસના ક્ષેત્ર તરફ નિર્દેશ કરે છે ત્યારે તે નકારાત્મક મૂલ્ય દર્શાવે છે. Voc ના મૂલ્ય પરથી, ઇન્ટરફેસમાં પોટેન્શિયલનો અંદાજ લગાવી શકાય છે: બે વોલ્ટેજ લીડ્સ d વચ્ચેનું અંતર ~5 × 10−3 m છે, મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસની જાડાઈ, di, YBCO સુપરકન્ડક્ટર (~1 nm)19,20 ની સુસંગત લંબાઈ જેટલી જ તીવ્રતાનો ક્રમ હોવો જોઈએ, Voc = 0.03 mV નું મૂલ્ય લો, મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસ પર પોટેન્શિયલ Vms નું મૂલ્યાંકન 50 K પર 502 mW/cm2 ની લેસર તીવ્રતા સાથે ~10−11 V તરીકે કરવામાં આવે છે, સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને,
અમે અહીં ભાર મૂકવા માંગીએ છીએ કે ફોટો-પ્રેરિત વોલ્ટેજને ફોટો થર્મલ અસર દ્વારા સમજાવી શકાતું નથી. પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત થયું છે કે સુપરકન્ડક્ટર YBCO નો સીબેક ગુણાંક Ss = 021 છે. કોપર લીડ વાયર માટે સીબેક ગુણાંક SCu = 0.34–1.15 μV/K3 ની રેન્જમાં છે. લેસર સ્પોટ પર કોપર વાયરનું તાપમાન 50 K પર ઉપલબ્ધ મહત્તમ લેસર તીવ્રતા સાથે 0.06 K ની થોડી માત્રા દ્વારા વધારી શકાય છે. આ 6.9 × 10−8 V ની થર્મોઇલેક્ટ્રિક સંભવિતતા ઉત્પન્ન કરી શકે છે જે આકૃતિ 1 (a) માં મેળવેલા Voc કરતા ત્રણ ઓર્ડર મેગ્નિટ્યુડ ઓછી છે. તે સ્પષ્ટ છે કે થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર પ્રાયોગિક પરિણામો સમજાવવા માટે ખૂબ નાની છે. હકીકતમાં, લેસર ઇરેડિયેશનને કારણે તાપમાનમાં ફેરફાર એક મિનિટથી ઓછા સમયમાં અદૃશ્ય થઈ જશે જેથી થર્મલ અસરના યોગદાનને સુરક્ષિત રીતે અવગણી શકાય.
ઓરડાના તાપમાને YBCO ની આ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર દર્શાવે છે કે અહીં એક અલગ ચાર્જ અલગ કરવાની પદ્ધતિ સામેલ છે. સામાન્ય સ્થિતિમાં YBCO ને સુપરકન્ડક્ટ કરવું એ p-પ્રકારની સામગ્રી છે જેમાં ચાર્જ વાહક તરીકે છિદ્રો હોય છે22,23, જ્યારે ધાતુ Ag-પેસ્ટમાં n-પ્રકારની સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓ હોય છે. pn જંકશનની જેમ, ચાંદીની પેસ્ટમાં ઇલેક્ટ્રોન અને YBCO સિરામિકમાં છિદ્રોનો પ્રસાર ઇન્ટરફેસ પર YBCO સિરામિક તરફ નિર્દેશ કરતું આંતરિક વિદ્યુત ક્ષેત્ર બનાવશે (આકૃતિ 1h). આ આંતરિક ક્ષેત્ર જ વિભાજન બળ પૂરું પાડે છે અને આકૃતિ 1e માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ઓરડાના તાપમાને YBCO-Ag પેસ્ટ સિસ્ટમ માટે હકારાત્મક Voc અને નકારાત્મક Isc તરફ દોરી જાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, Ag-YBCO એક p-પ્રકારનો સ્કોટ્કી જંકશન બનાવી શકે છે જે ઉપર રજૂ કરેલા મોડેલમાં સમાન ધ્રુવીયતા સાથે ઇન્ટરફેસ સંભવિત તરફ દોરી જાય છે24.
YBCO ના સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ દરમિયાન ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મોની વિગતવાર ઉત્ક્રાંતિ પ્રક્રિયાની તપાસ કરવા માટે, 80 K પર નમૂનાના IV વળાંકોને કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડ પર પ્રકાશિત થતી પસંદ કરેલી લેસર તીવ્રતા સાથે માપવામાં આવ્યા હતા (આકૃતિ 2). લેસર ઇરેડિયેશન વિના, નમૂનામાં વોલ્ટેજ શૂન્ય રહે છે, જે 80 K પર નમૂનાની સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિ સૂચવે છે (આકૃતિ 2a). 50 K પર મેળવેલા ડેટાની જેમ, I-અક્ષની સમાંતર IV વળાંકો લેસર તીવ્રતામાં વધારો સાથે નીચે તરફ ખસે છે જ્યાં સુધી નિર્ણાયક મૂલ્ય Pc ન પહોંચે. આ નિર્ણાયક લેસર તીવ્રતા (Pc) ઉપર, સુપરકન્ડક્ટર સુપરકન્ડક્ટિંગ તબક્કાથી પ્રતિકારક તબક્કામાં સંક્રમણમાંથી પસાર થાય છે; સુપરકન્ડક્ટરમાં પ્રતિકાર દેખાવાને કારણે પ્રવાહ સાથે વોલ્ટેજ વધવાનું શરૂ થાય છે. પરિણામે, IV વળાંક I-અક્ષ અને V-અક્ષ સાથે છેદવાનું શરૂ કરે છે જે શરૂઆતમાં નકારાત્મક Voc અને હકારાત્મક Isc તરફ દોરી જાય છે. હવે નમૂના એક ખાસ સ્થિતિમાં હોય તેવું લાગે છે જેમાં Voc અને Isc ની ધ્રુવીયતા પ્રકાશ તીવ્રતા પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે; પ્રકાશની તીવ્રતામાં ખૂબ જ ઓછા વધારા સાથે, Isc ને ધનથી ઋણમાં અને Voc ને ઋણથી ધન મૂલ્યમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, જે મૂળમાંથી પસાર થાય છે (ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મોની ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા, ખાસ કરીને Isc નું મૂલ્ય, પ્રકાશ પ્રકાશમાં વધુ સ્પષ્ટ રીતે જોઈ શકાય છે). ઉપલબ્ધ સૌથી વધુ લેસર તીવ્રતા પર, IV વણાંકો એકબીજા સાથે સમાંતર હોવાનો ઇરાદો ધરાવે છે, જે YBCO નમૂનાની સામાન્ય સ્થિતિ દર્શાવે છે.
લેસર સ્પોટ સેન્ટર કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડ્સની આસપાસ સ્થિત છે (આકૃતિ 1i જુઓ). a, YBCO ના IV વણાંકો વિવિધ લેસર તીવ્રતા સાથે ઇરેડિયેટેડ. b (ટોચ), ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc અને શોર્ટ સર્કિટ કરંટ Isc પર લેસર તીવ્રતા અવલંબન. ઓછી પ્રકાશ તીવ્રતા (< 110 mW/cm2) પર Isc મૂલ્યો મેળવી શકાતા નથી કારણ કે જ્યારે નમૂના સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાં હોય ત્યારે IV વણાંકો I-અક્ષની સમાંતર હોય છે. b (નીચે), લેસર તીવ્રતાના કાર્ય તરીકે વિભેદક પ્રતિકાર.
80 K પર Voc અને Isc ની લેસર તીવ્રતા અવલંબન આકૃતિ 2b (ટોચ) માં બતાવવામાં આવ્યું છે. પ્રકાશ તીવ્રતાના ત્રણ પ્રદેશોમાં ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મોની ચર્ચા કરી શકાય છે. પહેલો પ્રદેશ 0 અને Pc ની વચ્ચે છે, જેમાં YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ છે, Voc નકારાત્મક છે અને પ્રકાશ તીવ્રતા સાથે ઘટે છે (સંપૂર્ણ મૂલ્ય વધે છે) અને Pc પર ન્યૂનતમ પહોંચે છે. બીજો પ્રદેશ Pc થી બીજા ક્રિટિકલ ઇન્ટેન્સિટી P0 સુધી છે, જેમાં Voc વધે છે જ્યારે Isc વધતી જતી પ્રકાશ તીવ્રતા સાથે ઘટે છે અને બંને P0 પર શૂન્ય સુધી પહોંચે છે. YBCO ની સામાન્ય સ્થિતિ સુધી પહોંચવા સુધી ત્રીજો પ્રદેશ P0 થી ઉપર છે. જોકે Voc અને Isc બંને પ્રદેશ 2 ની જેમ જ પ્રકાશ તીવ્રતા સાથે બદલાય છે, તેમ છતાં તેમની ક્રિટિકલ ઇન્ટેન્સિટી P0 થી વિરુદ્ધ ધ્રુવીયતા છે. P0 નું મહત્વ એ છે કે કોઈ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર નથી અને આ ચોક્કસ બિંદુએ ચાર્જ અલગ કરવાની પદ્ધતિ ગુણાત્મક રીતે બદલાય છે. YBCO નમૂના પ્રકાશ તીવ્રતાની આ શ્રેણીમાં બિન-સુપરકન્ડક્ટિંગ બને છે પરંતુ સામાન્ય સ્થિતિ સુધી પહોંચવાનું બાકી છે.
સ્પષ્ટપણે, સિસ્ટમની ફોટોવોલ્ટેઇક લાક્ષણિકતાઓ YBCO ની સુપરકન્ડક્ટિવિટી અને તેના સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે. YBCO નો વિભેદક પ્રતિકાર, dV/dI, આકૃતિ 2b (નીચે) માં લેસર તીવ્રતાના કાર્ય તરીકે દર્શાવવામાં આવ્યો છે. જેમ પહેલા ઉલ્લેખ કર્યો છે, સુપરકન્ડક્ટરથી ધાતુ સુધી કૂપર જોડીના પ્રસરણ બિંદુઓને કારણે ઇન્ટરફેસમાં બિલ્ટ-ઇન ઇલેક્ટ્રિક પોટેન્શિયલ. 50 K પર જોવા મળેલ જેવું જ, ફોટોવોલ્ટેઇક અસર 0 થી Pc સુધી લેસર તીવ્રતામાં વધારો સાથે વધે છે. જ્યારે લેસર તીવ્રતા Pc થી સહેજ ઉપરના મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, ત્યારે IV વળાંક નમવાનું શરૂ થાય છે અને નમૂનાનો પ્રતિકાર દેખાવાનું શરૂ થાય છે, પરંતુ ઇન્ટરફેસ પોટેન્શિયલની ધ્રુવીયતા હજુ સુધી બદલાઈ નથી. દૃશ્યમાન અથવા નજીકના IR પ્રદેશમાં સુપરકન્ડક્ટિવિટી પર ઓપ્ટિકલ ઉત્તેજનાની અસરની તપાસ કરવામાં આવી છે. જ્યારે મૂળભૂત પ્રક્રિયા કૂપર જોડીઓને તોડીને સુપરકન્ડક્ટિવિટીનો નાશ કરવાની છે25,26, કેટલાક કિસ્સાઓમાં સુપરકન્ડક્ટિવિટી સંક્રમણને વધારી શકાય છે27,28,29, સુપરકન્ડક્ટિવિટીના નવા તબક્કાઓ પણ પ્રેરિત કરી શકાય છે30. Pc પર સુપરકન્ડક્ટિવિટીનો અભાવ ફોટો-પ્રેરિત જોડી તૂટવાને આભારી હોઈ શકે છે. બિંદુ P0 પર, ઇન્ટરફેસમાં સંભવિત શૂન્ય થઈ જાય છે, જે દર્શાવે છે કે ઇન્ટરફેસની બંને બાજુઓમાં ચાર્જ ઘનતા પ્રકાશ પ્રકાશની આ ચોક્કસ તીવ્રતા હેઠળ સમાન સ્તર સુધી પહોંચે છે. લેસર તીવ્રતામાં વધુ વધારો થવાથી વધુ કૂપર જોડીઓ નાશ પામે છે અને YBCO ધીમે ધીમે p-પ્રકારની સામગ્રીમાં રૂપાંતરિત થાય છે. ઇલેક્ટ્રોન અને કૂપર જોડી પ્રસરણને બદલે, ઇન્ટરફેસની વિશેષતા હવે ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્ર પ્રસરણ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે જે ઇન્ટરફેસમાં વિદ્યુત ક્ષેત્રના ધ્રુવીયતા ઉલટાવી તરફ દોરી જાય છે અને પરિણામે હકારાત્મક Voc (આકૃતિ 1d,h ની સરખામણી કરો). ખૂબ ઊંચી લેસર તીવ્રતા પર, YBCO નો વિભેદક પ્રતિકાર સામાન્ય સ્થિતિને અનુરૂપ મૂલ્ય સુધી સંતૃપ્ત થાય છે અને Voc અને Isc બંને લેસર તીવ્રતા સાથે રેખીય રીતે બદલાય છે (આકૃતિ 2b). આ અવલોકન દર્શાવે છે કે સામાન્ય સ્થિતિ YBCO પર લેસર ઇરેડિયેશન હવે તેની પ્રતિકારકતા અને સુપરકન્ડક્ટર-મેટલ ઇન્ટરફેસની વિશેષતામાં ફેરફાર કરશે નહીં પરંતુ ફક્ત ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડીઓની સાંદ્રતામાં વધારો કરશે.
ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મો પર તાપમાનની અસરની તપાસ કરવા માટે, ધાતુ-સુપરકન્ડક્ટર સિસ્ટમને 502 mW/cm2 ની તીવ્રતાના વાદળી લેસર સાથે કેથોડ પર ઇરેડિયેટ કરવામાં આવી હતી. 50 અને 300 K વચ્ચે પસંદ કરેલા તાપમાને મેળવેલા IV વણાંકો આકૃતિ 3a માં આપેલા છે. ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc, શોર્ટ સર્કિટ કરંટ Isc અને વિભેદક પ્રતિકાર પછી આ IV વણાંકોમાંથી મેળવી શકાય છે અને આકૃતિ 3b માં દર્શાવેલ છે. પ્રકાશ પ્રકાશ વિના, વિવિધ તાપમાને માપવામાં આવતા બધા IV વણાંકો અપેક્ષા મુજબ મૂળમાંથી પસાર થાય છે (આકૃતિ 3a નો ઇનસેટ). જ્યારે સિસ્ટમ પ્રમાણમાં મજબૂત લેસર બીમ (502 mW/cm2) દ્વારા પ્રકાશિત થાય છે ત્યારે વધતા તાપમાન સાથે IV લાક્ષણિકતાઓમાં ભારે ફેરફાર થાય છે. નીચા તાપમાને IV વણાંકો Voc ના નકારાત્મક મૂલ્યો સાથે I-અક્ષની સમાંતર સીધી રેખાઓ હોય છે. આ વણાંકો વધતા તાપમાન સાથે ઉપર તરફ ખસે છે અને ધીમે ધીમે નિર્ણાયક તાપમાન Tcp (આકૃતિ 3a (ટોચ)) પર બિન-શૂન્ય ઢાળવાળી રેખામાં ફેરવાય છે. એવું લાગે છે કે બધા IV લાક્ષણિક વણાંકો ત્રીજા ચતુર્થાંશમાં એક બિંદુની આસપાસ ફરે છે. Voc નકારાત્મક મૂલ્યથી ધન મૂલ્યમાં વધે છે જ્યારે Isc હકારાત્મક મૂલ્યથી ઋણ મૂલ્યમાં ઘટે છે. YBCO ના મૂળ સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ તાપમાન Tc ની ઉપર, IV વળાંક તાપમાન સાથે અલગ રીતે બદલાય છે (આકૃતિ 3a ની નીચે). પ્રથમ, IV વળાંકોનું પરિભ્રમણ કેન્દ્ર પ્રથમ ચતુર્થાંશ તરફ ખસે છે. બીજું, વધતા તાપમાન સાથે Voc ઘટતું રહે છે અને Isc વધતું રહે છે (આકૃતિ 3b ની ટોચ). ત્રીજું, IV વળાંકોનો ઢાળ તાપમાન સાથે રેખીય રીતે વધે છે જેના પરિણામે YBCO માટે પ્રતિકારનો હકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક (આકૃતિ 3b ની નીચે) થાય છે.
502 mW/cm2 લેસર ઇલ્યુમિનેશન હેઠળ YBCO-Ag પેસ્ટ સિસ્ટમ માટે ફોટોવોલ્ટેઇક લાક્ષણિકતાઓનું તાપમાન અવલંબન.
લેસર સ્પોટ સેન્ટર કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડ્સની આસપાસ સ્થિત છે (આકૃતિ 1i જુઓ). a, IV વણાંકો 50 થી 90 K (ટોચ) અને 100 થી 300 K (નીચે) થી અનુક્રમે 5 K અને 20 K તાપમાનમાં વધારા સાથે મેળવે છે. ઇનસેટ a અંધારામાં ઘણા તાપમાને IV લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે. બધા વણાંકો મૂળ બિંદુને પાર કરે છે. b, ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc અને શોર્ટ સર્કિટ કરંટ Isc (ટોચ) અને તાપમાનના કાર્ય તરીકે YBCO (નીચે) ના વિભેદક પ્રતિકાર, dV/dI. શૂન્ય પ્રતિકાર સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ તાપમાન Tcp આપવામાં આવતું નથી કારણ કે તે Tc0 ની ખૂબ નજીક છે.
આકૃતિ 3b માંથી ત્રણ મહત્વપૂર્ણ તાપમાન ઓળખી શકાય છે: Tcp, જેની ઉપર YBCO નોન-સુપરકન્ડક્ટિંગ બને છે; Tc0, જ્યાં Voc અને Isc બંને શૂન્ય બને છે અને Tc, લેસર ઇરેડિયેશન વિના YBCO નું મૂળ શરૂઆતનું સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ તાપમાન. Tcp ~ 55 K ની નીચે, લેસર ઇરેડિયેટેડ YBCO કૂપર જોડીઓની પ્રમાણમાં ઊંચી સાંદ્રતા સાથે સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાં છે. લેસર ઇરેડિયેશનની અસર ફોટોવોલ્ટેઇક વોલ્ટેજ અને પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરવા ઉપરાંત કૂપર જોડી સાંદ્રતા ઘટાડીને શૂન્ય પ્રતિકાર સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ તાપમાન 89 K થી ~ 55 K (આકૃતિ 3b ની નીચે) ઘટાડવાનો છે. વધતા તાપમાનથી કૂપર જોડીઓ પણ તૂટી જાય છે જેના કારણે ઇન્ટરફેસમાં ઓછી સંભાવના થાય છે. પરિણામે, Voc નું સંપૂર્ણ મૂલ્ય નાનું થશે, જોકે લેસર પ્રકાશની સમાન તીવ્રતા લાગુ કરવામાં આવશે. તાપમાનમાં વધુ વધારા સાથે ઇન્ટરફેસ પોટેન્શિયલ નાનું અને નાનું થતું જશે અને Tc0 પર શૂન્ય સુધી પહોંચશે. આ ખાસ બિંદુ પર કોઈ ફોટોવોલ્ટેઇક અસર નથી કારણ કે ફોટો-પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડીઓને અલગ કરવા માટે કોઈ આંતરિક ક્ષેત્ર નથી. આ નિર્ણાયક તાપમાનથી ઉપર પોટેન્શિયલનું ધ્રુવીયતા રિવર્સલ થાય છે કારણ કે Ag પેસ્ટમાં ફ્રી ચાર્જ ડેન્સિટી YBCO કરતા વધારે હોય છે જે ધીમે ધીમે p-પ્રકારની સામગ્રીમાં પાછું ટ્રાન્સફર થાય છે. અહીં આપણે ભાર મૂકવા માંગીએ છીએ કે Voc અને Isc નું ધ્રુવીયતા રિવર્સલ શૂન્ય પ્રતિકાર સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ પછી તરત જ થાય છે, સંક્રમણનું કારણ ગમે તે હોય. આ અવલોકન સ્પષ્ટપણે, પ્રથમ વખત, મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસ પોટેન્શિયલ સાથે સંકળાયેલ સુપરકન્ડક્ટિવિટી અને ફોટોવોલ્ટેઇક અસરો વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે. સુપરકન્ડક્ટર-સામાન્ય મેટલ ઇન્ટરફેસમાં આ પોટેન્શિયલની પ્રકૃતિ છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓથી સંશોધનનું કેન્દ્ર રહ્યું છે પરંતુ હજુ પણ ઘણા પ્રશ્નોના જવાબ મળવાની રાહ જોઈ રહ્યા છે. ફોટોવોલ્ટેઇક અસરનું માપન આ મહત્વપૂર્ણ પોટેન્શિયલની વિગતો (જેમ કે તેની તાકાત અને ધ્રુવીયતા વગેરે) શોધવા માટે એક અસરકારક પદ્ધતિ સાબિત થઈ શકે છે અને તેથી ઉચ્ચ તાપમાન સુપરકન્ડક્ટિંગ પ્રોક્સિમિટી ઇફેક્ટ પર પ્રકાશ પાડે છે.
Tc0 થી Tc સુધી તાપમાનમાં વધુ વધારો થવાથી કૂપર જોડીઓની સાંદ્રતા ઓછી થાય છે અને ઇન્ટરફેસ પોટેન્શિયલમાં વધારો થાય છે અને પરિણામે Voc મોટું થાય છે. Tc પર કૂપર જોડીની સાંદ્રતા શૂન્ય થઈ જાય છે અને ઇન્ટરફેસ પર બિલ્ડ-ઇન પોટેન્શિયલ મહત્તમ સુધી પહોંચે છે, જેના પરિણામે મહત્તમ Voc અને લઘુત્તમ Isc થાય છે. આ તાપમાન શ્રેણીમાં Voc અને Isc (સંપૂર્ણ મૂલ્ય) નો ઝડપી વધારો સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણને અનુરૂપ છે જે 502 mW/cm2 તીવ્રતાના લેસર ઇરેડિયેશન દ્વારા ΔT ~ 3 K થી ~34 K સુધી વિસ્તૃત થાય છે (આકૃતિ 3b). Tc ઉપરની સામાન્ય સ્થિતિમાં, ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ Voc તાપમાન સાથે ઘટે છે (આકૃતિ 3b ની ટોચ), pn જંકશન 31,32,33 પર આધારિત સામાન્ય સૌર કોષો માટે Voc ના રેખીય વર્તન જેવું જ છે. તાપમાન (−dVoc/dT) સાથે Voc નો ફેરફાર દર, જે લેસર તીવ્રતા પર ખૂબ આધાર રાખે છે, તે સામાન્ય સૌર કોષો કરતા ઘણો નાનો હોવા છતાં, YBCO-Ag જંકશન માટે Voc નો તાપમાન ગુણાંક સૌર કોષો જેટલો જ તીવ્રતાનો ક્રમ ધરાવે છે. સામાન્ય સૌર કોષ ઉપકરણ માટે pn જંકશનનો લિકેજ પ્રવાહ વધતા તાપમાન સાથે વધે છે, જેના કારણે તાપમાન વધે છે તેમ Voc માં ઘટાડો થાય છે. આ Ag-સુપરકન્ડક્ટર સિસ્ટમ માટે જોવા મળેલા રેખીય IV વળાંકો, પ્રથમ ખૂબ જ નાના ઇન્ટરફેસ પોટેન્શિયલ અને બીજું બે હેટરોજંકશનના બેક-ટુ-બેક કનેક્શનને કારણે, લિકેજ પ્રવાહ નક્કી કરવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે. તેમ છતાં, તે ખૂબ જ સંભવ છે કે લિકેજ પ્રવાહની સમાન તાપમાન અવલંબન અમારા પ્રયોગમાં જોવા મળેલા Voc વર્તન માટે જવાબદાર છે. વ્યાખ્યા મુજબ, Isc એ Voc ને વળતર આપવા માટે નકારાત્મક વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવા માટે જરૂરી પ્રવાહ છે જેથી કુલ વોલ્ટેજ શૂન્ય થાય. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, Voc નાનું બને છે જેથી નકારાત્મક વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરવા માટે ઓછા પ્રવાહની જરૂર પડે છે. વધુમાં, Tc (આકૃતિ 3b ની નીચે) થી ઉપરના તાપમાન સાથે YBCO નો પ્રતિકાર રેખીય રીતે વધે છે, જે ઊંચા તાપમાને Isc ના નાના નિરપેક્ષ મૂલ્યમાં પણ ફાળો આપે છે.
નોંધ લો કે આકૃતિ 2,3 માં આપેલા પરિણામો કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડની આસપાસના વિસ્તારમાં લેસર ઇરેડિયેશન દ્વારા મેળવવામાં આવ્યા છે. એનોડ પર સ્થિત લેસર સ્પોટ સાથે માપન પણ પુનરાવર્તિત કરવામાં આવ્યું છે અને સમાન IV લાક્ષણિકતાઓ અને ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મો જોવા મળ્યા છે, સિવાય કે આ કિસ્સામાં Voc અને Isc ની ધ્રુવીયતા ઉલટી કરવામાં આવી છે. આ બધા ડેટા ફોટોવોલ્ટેઇક અસર માટે એક પદ્ધતિ તરફ દોરી જાય છે, જે સુપરકન્ડક્ટર-મેટલ ઇન્ટરફેસ સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે.
સારાંશમાં, લેસર ઇરેડિયેટેડ સુપરકન્ડક્ટિંગ YBCO-Ag પેસ્ટ સિસ્ટમની IV લાક્ષણિકતાઓને તાપમાન અને લેસર તીવ્રતાના કાર્યો તરીકે માપવામાં આવી છે. 50 થી 300 K તાપમાન શ્રેણીમાં નોંધપાત્ર ફોટોવોલ્ટેઇક અસર જોવા મળી છે. એવું જાણવા મળ્યું છે કે ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મો YBCO સિરામિક્સની સુપરકન્ડક્ટિવિટી સાથે મજબૂત રીતે સંકળાયેલા છે. ફોટો-પ્રેરિત સુપરકન્ડક્ટિંગથી નોન-સુપરકન્ડક્ટિંગ સંક્રમણ પછી તરત જ Voc અને Isc નું ધ્રુવીયતા રિવર્સલ થાય છે. નિશ્ચિત લેસર તીવ્રતા પર માપવામાં આવેલ Voc અને Isc નું તાપમાન અવલંબન પણ નિર્ણાયક તાપમાન પર એક અલગ ધ્રુવીયતા રિવર્સલ દર્શાવે છે જેના ઉપર નમૂના પ્રતિકારક બને છે. નમૂનાના વિવિધ ભાગમાં લેસર સ્પોટને શોધીને, અમે બતાવીએ છીએ કે ઇન્ટરફેસમાં એક વિદ્યુત સંભવિત અસ્તિત્વમાં છે, જે ફોટો-પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડીઓ માટે વિભાજન બળ પૂરું પાડે છે. આ ઇન્ટરફેસ સંભવિત YBCO થી મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તરફ દિશામાન થાય છે જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ હોય છે અને જ્યારે નમૂના નોન-સુપરકન્ડક્ટિંગ બને છે ત્યારે વિરુદ્ધ દિશામાં સ્વિચ કરે છે. જ્યારે YBCO સુપરકન્ડક્ટિંગ કરી રહ્યું હોય ત્યારે મેટલ-સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટરફેસ પર પ્રોક્સિમિટી ઇફેક્ટ સાથે સંભવિતતાની ઉત્પત્તિ કુદરતી રીતે સંકળાયેલી હોઈ શકે છે અને 50 K પર ~10−8 mV હોવાનો અંદાજ છે જેની લેસર તીવ્રતા 502 mW/cm2 છે. સામાન્ય સ્થિતિમાં p-પ્રકારની સામગ્રી YBCO નો n-પ્રકારની સામગ્રી Ag-પેસ્ટ સાથે સંપર્ક એક ક્વાસી-pn જંકશન બનાવે છે જે ઉચ્ચ તાપમાને YBCO સિરામિક્સના ફોટોવોલ્ટેઇક વર્તન માટે જવાબદાર છે. ઉપરોક્ત અવલોકનો ઉચ્ચ તાપમાન સુપરકન્ડક્ટિંગ YBCO સિરામિક્સમાં PV અસર પર પ્રકાશ પાડે છે અને ઝડપી નિષ્ક્રિય પ્રકાશ ડિટેક્ટર અને સિંગલ ફોટોન ડિટેક્ટર જેવા ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં નવા એપ્લિકેશનોનો માર્ગ મોકળો કરે છે.
ફોટોવોલ્ટેઇક ઇફેક્ટ પ્રયોગો 0.52 મીમી જાડાઈ અને 8.64 × 2.26 મીમી2 લંબચોરસ આકારના YBCO સિરામિક નમૂના પર કરવામાં આવ્યા હતા અને 1.25 મીમી ત્રિજ્યાના લેસર સ્પોટ કદ સાથે સતત તરંગ વાદળી-લેસર (λ = 450 nm) દ્વારા પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યા હતા. પાતળા ફિલ્મ નમૂનાને બદલે બલ્કનો ઉપયોગ કરવાથી આપણે સબસ્ટ્રેટના જટિલ પ્રભાવનો સામનો કર્યા વિના સુપરકન્ડક્ટરના ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરી શકીએ છીએ6,7. વધુમાં, બલ્ક સામગ્રી તેની સરળ તૈયારી પ્રક્રિયા અને પ્રમાણમાં ઓછી કિંમત માટે અનુકૂળ હોઈ શકે છે. કોપર લીડ વાયર YBCO નમૂના પર ચાંદીની પેસ્ટ સાથે જોડાયેલા છે જે લગભગ 1 મીમી વ્યાસના ચાર ગોળાકાર ઇલેક્ટ્રોડ બનાવે છે. બે વોલ્ટેજ ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેનું અંતર લગભગ 5 મીમી છે. નમૂનાની IV લાક્ષણિકતાઓ ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલ વિન્ડો સાથે વાઇબ્રેશન સેમ્પલ મેગ્નેટોમીટર (વર્સાલેબ, ક્વોન્ટમ ડિઝાઇન) નો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવી હતી. IV વળાંકો મેળવવા માટે માનક ચાર-વાયર પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. ઇલેક્ટ્રોડ અને લેસર સ્પોટની સંબંધિત સ્થિતિઓ આકૃતિ 1i માં બતાવવામાં આવી છે.
આ લેખ કેવી રીતે ટાંકવો: યાંગ, એફ. એટ અલ. સુપરકન્ડક્ટિંગ YBa2Cu3O6.96 સિરામિક્સમાં ફોટોવોલ્ટેઇક અસરનું મૂળ. વિજ્ઞાન. પ્રતિનિધિ 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
ચાંગ, સીએલ, ક્લેઈનહેમ્સ, એ., મૌલ્ટન, ડબલ્યુજી અને ટેસ્ટાર્ડી, એલઆર સમપ્રમાણતા-પ્રતિબંધિત લેસર-પ્રેરિત વોલ્ટેજ ઇન YBa2Cu3O7. ફિઝ. રેવ. બી 41, 11564–11567 (1990).
ક્વોક, એચએસ, ઝેંગ, જેપી અને ડોંગ, એસવાય. વાય-બા-ક્યુ-ઓ. ફિઝ. રેવ. બી 43, 6270–6272 (1991) માં અસામાન્ય ફોટોવોલ્ટેઇક સિગ્નલનું મૂળ.
વાંગ, એલપી, લિન, જેએલ, ફેંગ, ક્યુઆર અને વાંગ, જીડબ્લ્યુ સુપરકન્ડક્ટિંગ બાય-સિનિયર-સીએ-ક્યુ-ઓ ના લેસર-પ્રેરિત વોલ્ટેજનું માપન. ફિઝ. રેવ. બી 46, 5773–5776 (1992).
ટેટ, કેએલ, વગેરે. YBa2Cu3O7-x. જે. એપ્લ. ફિઝ. 67, 4375–4376 (1990) ના રૂમ-તાપમાન ફિલ્મોમાં ક્ષણિક લેસર-પ્રેરિત વોલ્ટેજ.
ક્વોક, એચએસ અને ઝેંગ, જેપી YBa2Cu3O7 માં અસામાન્ય ફોટોવોલ્ટેઇક પ્રતિભાવ. ફિઝ. રેવ. બી 46, 3692–3695 (1992).
મુરાઓકા, વાય., મુરામાત્સુ, ટી., યામાઉરા, જે. અને હિરોઈ, ઝેડ. ઓક્સાઇડ હેટરોસ્ટ્રક્ચરમાં YBa2Cu3O7−x માં ફોટોજનરેટેડ હોલ કેરિયર ઇન્જેક્શન. એપ્લ. ફિઝ. લેટ. 85, 2950–2952 (2004).
અસાકુરા, ડી. એટ અલ. પ્રકાશ પ્રકાશ હેઠળ YBa2Cu3Oy પાતળા ફિલ્મોનો ફોટોઉત્સર્જન અભ્યાસ. ફિઝ. રેવ. લેટ. 93, 247006 (2004).
યાંગ, એફ. વગેરે. YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 ની ફોટોવોલ્ટેઇક અસર: વિવિધ ઓક્સિજન આંશિક દબાણમાં એનિલ થયેલ Nb હેટરોજંક્શન. મેટર. લેટ. 130, 51–53 (2014).
એમિનોવ, બીએ અને અન્ય. Yb(Y)Ba2Cu3O7-x સિંગલ સ્ફટિકોમાં બે-ગેપ માળખું. જે. સુપરકોન્ડ. 7, 361–365 (1994).
કબાનોવ, વી.વી., ડેમસર, જે., પોડોબનિક, બી. અને મિહાઇલોવિક, ડી. વિવિધ ગેપ સ્ટ્રક્ચર્સવાળા સુપરકન્ડક્ટર્સમાં ક્વાસિપાર્ટિકલ રિલેક્સેશન ડાયનેમિક્સ: YBa2Cu3O7-δ પર સિદ્ધાંત અને પ્રયોગો. ફિઝ. રેવ. બી 59, 1497–1506 (1999).
સન, જેઆર, ઝિઓંગ, સીએમ, ઝાંગ, વાયઝેડ અને શેન, બીજી (Ba2Cu3O7-δ/SrTiO3 ના સુધારાત્મક ગુણધર્મો: Nb હેટરોજંક્શન. એપ્લીકેશન. ફિઝ. લેટ. 87, 222501 (2005).
કામરાસ, કે., પોર્ટર, સીડી, ડોસ, એમજી, હેર, એસએલ અને ટેનર, ડીબી YBa2Cu3O7-δ માં એક્સાઇટોનિક શોષણ અને સુપરકન્ડક્ટિવિટી. ફિઝ. રેવ. લેટ. 59, 919–922 (1987).
યુ, જી., હીગર, એજે અને સ્ટકી, જી. YBa2Cu3O6.3 ના સેમિકન્ડક્ટિંગ સિંગલ સ્ફટિકોમાં ક્ષણિક ફોટોઇન્ડ્યુસ્ડ વાહકતા: ફોટોઇન્ડ્યુસ્ડ મેટાલિક સ્ટેટ અને ફોટોઇન્ડ્યુસ્ડ સુપરકન્ડક્ટિવિટી માટે શોધ. સોલિડ સ્ટેટ કોમ્યુન. 72, 345–349 (1989).
મેકમિલન, ડબલ્યુએલ ટનલિંગ મોડેલ ઓફ ધ સુપરકન્ડક્ટિંગ પ્રોક્સિમિટી ઇફેક્ટ. ફિઝ. રેવ. 175, 537–542 (1968).
ગુએરોન, એસ. એટ અલ. મેસોસ્કોપિક લંબાઈ સ્કેલ પર સુપરકન્ડક્ટિંગ પ્રોક્સિમિટી ઇફેક્ટની તપાસ. ફિઝ. રેવ. લેટ. 77, 3025–3028 (1996).
અન્નુન્ઝિયાટા, જી. અને મેન્સ્કે, ડી. નોનસેન્ટ્રોસિમેટ્રિક સુપરકન્ડક્ટર્સ સાથે નિકટતા અસર. ફિઝ. રેવ. બી 86, 17514 (2012).
Qu, FM અને અન્ય. Pb-Bi2Te3 હાઇબ્રિડ સ્ટ્રક્ચર્સમાં મજબૂત સુપરકન્ડક્ટિંગ પ્રોક્સિમિટી ઇફેક્ટ. વિજ્ઞાન. રેપ. 2, 339 (2012).
ચેપિન, ડીએમ, ફુલર, સીએસ અને પીયર્સન, જીએલ સૌર કિરણોત્સર્ગને વિદ્યુત શક્તિમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે એક નવો સિલિકોન પીએન જંકશન ફોટોસેલ. જે. એપ. ફિઝ. 25, 676–677 (1954).
ટોમીમોટો, કે. Zn- અથવા Ni-ડોપેડ YBa2Cu3O6.9 સિંગલ સ્ફટિકોમાં સુપરકન્ડક્ટિંગ કોહેરેન્સ લંબાઈ પર અશુદ્ધિની અસર. ફિઝ. રેવ. B 60, 114–117 (1999).
એન્ડો, વાય. અને સેગાવા, કે. ડોપિંગની વિશાળ શ્રેણીમાં અનટ્વિન્ડ YBa2Cu3Oy સિંગલ સ્ફટિકોનું મેગ્નેટોરિસ્ટન્સ: સુસંગત લંબાઈનું અસામાન્ય છિદ્ર-ડોપિંગ અવલંબન. ફિઝ. રેવ. લેટ. 88, 167005 (2002).
ઓબર્ટેલી, એસડી અને કૂપર, જેઆર સિસ્ટેમેટિક્સ ઇન ધ થર્મોઇલેક્ટ્રિક પાવર ઓફ હાઇ-ટી, ઓક્સાઇડ્સ. ફિઝ. રેવ. બી 46, 14928–14931, (1992).
સુગાઈ, એસ. વગેરે. પી-ટાઈપ હાઈ-ટીસી સુપરકન્ડક્ટર્સમાં સુસંગત શિખર અને LO ફોનોન મોડનું વાહક-ઘનતા-આધારિત વેગ પરિવર્તન. ફિઝ. રેવ. બી 68, 184504 (2003).
નોજીમા, ટી. એટ અલ. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ટેકનિકનો ઉપયોગ કરીને YBa2Cu3Oy પાતળા ફિલ્મોમાં છિદ્ર ઘટાડો અને ઇલેક્ટ્રોન સંચય: n-પ્રકારની ધાતુ સ્થિતિ માટે પુરાવા. ભૌતિકશાસ્ત્ર રેવ. બી 84, 020502 (2011).
તુંગ, આરટી સ્કોટ્કી અવરોધ ઊંચાઈનું ભૌતિકશાસ્ત્ર અને રસાયણશાસ્ત્ર. એપ્લ. ફિઝ. લેટ. 1, 011304 (2014).
સાઈ-હાલાઝ, જીએ, ચી, સીસી, ડેનેન્સ્ટાઇન, એ. અને લેંગેનબર્ગ, ડીએન સુપરકન્ડક્ટિંગ ફિલ્મોમાં ગતિશીલ બાહ્ય જોડી તોડવાની અસરો. ફિઝ. રેવ. લેટ. 33, 215–219 (1974).
નીવા, જી. એટ અલ. સુપરકન્ડક્ટિવિટીનું ફોટોઇન્ડ્યુસ્ડ એન્હાન્સમેન્ટ. એપ્લ. ફિઝ. લેટ. 60, 2159–2161 (1992).
કુડિનોવ, VI અને અન્ય. મેટાલિક અને સુપરકન્ડક્ટિંગ તબક્કાઓ તરફ ફોટોડોપિંગની પદ્ધતિ તરીકે YBa2Cu3O6+x ફિલ્મોમાં સતત ફોટોકન્ડક્ટિવિટી. ફિઝ. રેવ. બી 14, 9017–9028 (1993).
મેન્કોવ્સ્કી, આર. એટ અલ. YBa2Cu3O6.5 માં ઉન્નત સુપરકન્ડક્ટિવિટી માટે આધાર તરીકે નોનલાઇનર લેટીસ ડાયનેમિક્સ. કુદરત 516, 71–74 (2014).
ફૌસ્ટી, ડી. એટ અલ. પટ્ટાવાળા કપરેટમાં પ્રકાશ-પ્રેરિત સુપરકન્ડક્ટિવિટી. વિજ્ઞાન 331, 189–191 (2011).
અલ-અદાવી, એમકે અને અલ-નુઆઈમ, આઈએ સૌર કોષ માટે VOC ની તાપમાન કાર્યાત્મક અવલંબન તેની કાર્યક્ષમતાના નવા અભિગમના સંબંધમાં. ડિસેલિનેશન 209, 91–96 (2007).
વર્નોન, એસએમ અને એન્ડરસન, ડબલ્યુએ સ્કોટ્કી-બેરિયર સિલિકોન સોલર સેલ્સમાં તાપમાનની અસરો. એપ્લ. ફિઝ. લેટ. 26, 707 (1975).
કાત્ઝ, ઈએ, ફેઈમન, ડી. અને તુલાધર, એસએમ. ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ પોલિમર-ફુલેરીન સોલાર સેલના ફોટોવોલ્ટેઇક ડિવાઇસ પરિમાણો માટે તાપમાન અવલંબન. જે. એપ્લ. ફિઝ. 90, 5343–5350 (2002).
આ કાર્યને નેશનલ નેચરલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશન ઓફ ચાઇના (ગ્રાન્ટ નં. 60571063), હેનાન પ્રાંત, ચીનના ફંડામેન્ટલ રિસર્ચ પ્રોજેક્ટ્સ (ગ્રાન્ટ નં. 122300410231) દ્વારા સમર્થન આપવામાં આવ્યું છે.
FY એ પેપરનો ટેક્સ્ટ લખ્યો અને MYH એ YBCO સિરામિક નમૂના તૈયાર કર્યો. FY અને MYH એ પ્રયોગ કર્યો અને પરિણામોનું વિશ્લેષણ કર્યું. FGC એ પ્રોજેક્ટ અને ડેટાના વૈજ્ઞાનિક અર્થઘટનનું નેતૃત્વ કર્યું. બધા લેખકોએ હસ્તપ્રતની સમીક્ષા કરી.
આ કાર્ય ક્રિએટિવ કોમન્સ એટ્રિબ્યુશન 4.0 ઇન્ટરનેશનલ લાઇસન્સ હેઠળ લાઇસન્સ પ્રાપ્ત છે. આ લેખમાંની છબીઓ અથવા અન્ય તૃતીય પક્ષ સામગ્રી લેખના ક્રિએટિવ કોમન્સ લાઇસન્સમાં શામેલ છે, સિવાય કે ક્રેડિટ લાઇનમાં અન્યથા સૂચવવામાં આવ્યું હોય; જો સામગ્રી ક્રિએટિવ કોમન્સ લાઇસન્સ હેઠળ શામેલ ન હોય, તો વપરાશકર્તાઓએ સામગ્રીનું પુનઃઉત્પાદન કરવા માટે લાઇસન્સ ધારક પાસેથી પરવાનગી મેળવવાની જરૂર પડશે. આ લાઇસન્સની નકલ જોવા માટે, http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ની મુલાકાત લો.
યાંગ, એફ., હાન, એમ. અને ચાંગ, એફ. સુપરકન્ડક્ટિંગ YBa2Cu3O6.96 સિરામિક્સમાં ફોટોવોલ્ટેઇક અસરનું મૂળ. વિજ્ઞાન પ્રતિનિધિ 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
ટિપ્પણી સબમિટ કરીને તમે અમારી શરતો અને સમુદાય દિશાનિર્દેશોનું પાલન કરવા માટે સંમત થાઓ છો. જો તમને કંઈક અપમાનજનક લાગે છે અથવા જે અમારી શરતો અથવા દિશાનિર્દેશોનું પાલન કરતું નથી, તો કૃપા કરીને તેને અયોગ્ય તરીકે ચિહ્નિત કરો.
પોસ્ટ સમય: એપ્રિલ-૨૨-૨૦૨૦