Orijin efè fotovoltaik nan seramik sipèkondiktè YBa2Cu3O6.96

Mèsi paske ou te vizite nature.com. W ap itilize yon vèsyon navigatè ki gen sipò limite pou CSS. Pou jwenn pi bon eksperyans lan, nou rekòmande ou itilize yon navigatè ki pi ajou (oswa dezaktive mòd konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinyèl, n ap montre sit la san estil ak JavaScript.

Nou rapòte yon efè fotovoltaik remakab nan seramik YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ant 50 ak 300 K ki pwovoke pa ekleraj lazè ble, ki dirèkteman gen rapò ak siperkonduktivite YBCO a ak koòdone elektwòd metalik YBCO a. Gen yon ranvèsman polarite pou vòltaj sikwi ouvè Voc la ak kouran sikwi kout Isc la lè YBCO sibi yon tranzisyon soti nan eta siperkondiktè rive nan eta rezistif. Nou montre ke gen yon potansyèl elektrik atravè koòdone siperkondiktè-metal nòmal la, ki bay fòs separasyon pou pè elektwon-twou foto-pwovoke yo. Potansyèl koòdone sa a dirije soti nan YBCO rive nan elektwòd metal la lè YBCO siperkondiktè epi li chanje nan direksyon opoze a lè YBCO vin pa siperkondiktè. Orijin potansyèl la ka fasilman asosye ak efè pwoksimite nan koòdone metal-siperkondiktè a lè YBCO siperkondiktè epi valè li estime a ~10–8 mV a 50 K ak yon entansite lazè 502 mW/cm2. Konbinezon yon materyèl tip-p YBCO nan eta nòmal ak yon materyèl Ag-paste tip-n fòme yon jonksyon kwazi-pn ki responsab konpòtman fotovoltaik seramik YBCO nan tanperati ki wo. Rezilta nou yo ka louvri chemen pou nouvo aplikasyon pou aparèy foton-elektwonik epi bay plis limyè sou efè pwoksimite nan koòdone sipèkondiktè-metal la.

Yo te rapòte vòltaj foto-pwovoke nan siperkondiktè tanperati ki wo nan kòmansman ane 1990 yo epi yo te fè anpil rechèch depi lè sa a, men nati ak mekanis li rete enkoni1,2,3,4,5. Fim mens YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8, an patikilye, yo etidye an pwofondè sou fòm selil fotovoltaik (PV) akòz diferans enèji reglabl li9,10,11,12,13. Sepandan, gwo rezistans substrati a toujou mennen nan yon efikasite konvèsyon aparèy ki ba epi li maske pwopriyete PV prensipal YBCO8 yo. La a, nou rapòte yon efè fotovoltaik remakab pwovoke pa ekleraj lazè ble (λ = 450 nm) nan seramik YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ant 50 ak 300 K (Tc ~ 90 K). Nou montre ke efè PV a gen yon relasyon dirèk ak siperkonduktivite YBCO a ak nati koòdone elektwòd metalik YBCO a. Gen yon ranvèsman polarite pou vòltaj sikwi ouvè Voc ak kouran sikwi kout Isc lè YBCO sibi yon tranzisyon soti nan faz sipèkondiktè nan yon eta rezistif. Yo pwopoze ke gen yon potansyèl elektrik atravè koòdone sipèkondiktè-metal nòmal la, ki bay fòs separasyon pou pè elektwon-twou foto-pwovoke yo. Potansyèl koòdone sa a dirije soti nan YBCO rive nan elektwòd metal la lè YBCO sipèkondiktè epi li chanje nan direksyon opoze a lè echantiyon an vin pa sipèkondiktè. Orijin potansyèl la ka natirèlman asosye avèk efè pwoksimite14,15,16,17 nan koòdone metal-sipèkondiktè lè YBCO sipèkondiktè epi yo estime valè li a ~10−8 mV a 50 K ak yon entansite lazè 502 mW/cm2. Konbinezon yon materyèl tip p YBCO nan eta nòmal ak yon materyèl tip n Ag-pat fòme, gen plis chans, yon jonksyon kwazi-pn ki responsab konpòtman PV seramik YBCO nan tanperati ki wo. Obsèvasyon nou yo bay plis limyè sou orijin efè PV nan seramik YBCO suprakondiktè ki nan tanperati ki wo epi louvri chemen pou aplikasyon li nan aparèy optoelektwonik tankou detektè limyè pasif rapid, elatriye.

Figi 1a-c montre karakteristik IV echantiyon seramik YBCO a 50 K. San ekleraj limyè, vòltaj ki travèse echantiyon an rete zewo menm lè kouran an ap chanje, jan yo ka atann nan yon materyèl siprakondiktè. Yon efè fotovoltaik evidan parèt lè reyon lazè a dirije nan katod la (Fig. 1a): koub IV paralèl ak aks I a deplase anba lè entansite lazè a ap ogmante. Li evidan ke gen yon vòltaj foto-pwovoke negatif menm san okenn kouran (souvan yo rele li vòltaj sikwi ouvè Voc). Pant zewo koub IV la endike ke echantiyon an toujou siprakondiktè anba ekleraj lazè.

(a–c) ak 300 K (e–g). Valè V(I) yo te jwenn lè yo te baleye kouran an soti nan -10 mA rive nan +10 mA nan vid. Se sèlman yon pati nan done eksperimantal yo ki prezante pou plis klè. a, Karakteristik kouran-vòltaj YBCO yo mezire ak yon tach lazè ki pozisyone nan katod la (i). Tout koub IV yo se liy dwat orizontal ki endike echantiyon an toujou sipèkondiktè ak iradyasyon lazè. Koub la desann lè entansite lazè a ogmante, sa ki endike ke gen yon potansyèl negatif (Voc) ant de fil vòltaj yo menm avèk kouran zewo. Koub IV yo rete san chanjman lè lazè a dirije nan sant echantiyon an nan 50 K (b) oswa 300 K (f). Liy orizontal la monte lè anod la limen (c). Yon modèl eskematik jonksyon metal-sipèkondiktè a 50 K montre nan d. Karakteristik kouran-vòltaj YBCO nan eta nòmal nan 300 K mezire ak yon reyon lazè ki pwente nan katod la ak anod la bay nan e ak g respektivman. Kontrèman ak rezilta yo a 50 K, pant ki pa zewo sou liy dwat yo endike ke YBCO a nan yon eta nòmal; valè Voc yo varye avèk entansite limyè a nan yon direksyon opoze, sa ki endike yon mekanis separasyon chaj diferan. Yon posib estrikti entèfas a 300 K reprezante nan hj. Imaj reyèl echantiyon an ak fil yo.

YBCO ki rich an oksijèn nan eta sipèkondiktè ka absòbe prèske tout spectre limyè solèy la akòz ti espas enèji li genyen (Eg)9,10, kidonk kreye pè elektwon-twou (e-h). Pou pwodui yon vòltaj sikwi ouvè Voc pa absòpsyon foton, li nesesè pou separe pè eh foto-pwodui yo nan espas anvan rekombinasyon an rive18. Voc negatif la, relatif ak katod la ak anod la jan yo endike nan Fig. 1i, sijere ke gen yon potansyèl elektrik atravè koòdone metal-sipèkondiktè a, ki bale elektwon yo nan anod la ak twou yo nan katod la. Si se ka sa a, ta dwe gen tou yon potansyèl ki montre soti nan sipèkondiktè a nan elektwòd metal la nan anod la. Kidonk, yo ta jwenn yon Voc pozitif si zòn echantiyon an toupre anod la eklere. Anplis de sa, pa ta dwe gen okenn vòltaj foto-pwovoke lè tach lazè a ap pwente nan zòn ki lwen elektwòd yo. Se sètènman ka a jan yo ka wè nan Fig. 1b,c!.

Lè tach limyè a deplase soti nan elektwòd katod la pou ale nan sant echantiyon an (apeprè 1.25 mm apa de interfaces yo), pa gen okenn varyasyon nan koub IV yo epi pa gen okenn Voc ki ka obsève lè entansite lazè a ogmante rive nan valè maksimòm ki disponib la (Fig. 1b). Natirèlman, rezilta sa a ka atribiye a dire lavi limite transpòtè foto-pwovoke yo ak mank fòs separasyon nan echantiyon an. Pè elektwon-twou yo ka kreye chak fwa echantiyon an limen, men pifò nan pè e-h yo pral aniye epi pa gen okenn efè fotovoltaik ki obsève si tach lazè a tonbe sou zòn ki lwen nenpòt nan elektwòd yo. Lè w deplase tach lazè a nan elektwòd anod yo, koub IV yo paralèl ak aks I a deplase anlè ak ogmantasyon entansite lazè a (Fig. 1c). Yon chan elektrik entegre menm jan an egziste nan jonksyon metal-supèrkondiktè a nan anod la. Sepandan, elektwòd metalik la konekte ak fil pozitif sistèm tès la fwa sa a. Twou yo ki pwodui pa lazè a pouse nan fil anod la e konsa yo obsève yon Voc pozitif. Rezilta yo prezante isit la bay prèv solid ki montre vrèman gen yon potansyèl entèfas ki montre soti nan siprakondiktè a rive nan elektwòd metal la.

Efè fotovoltaik nan seramik YBa2Cu3O6.96 a 300 K parèt nan Fig. 1e–g. San ekleraj limyè, koub IV echantiyon an se yon liy dwat ki travèse orijin nan. Liy dwat sa a monte paralèl ak liy orijinal la ak ogmantasyon entansite lazè ki irade nan fil katod yo (Fig. 1e). Gen de ka limit ki enteresan pou yon aparèy fotovoltaik. Kondisyon kous sikwi a rive lè V = 0. Kouran an nan ka sa a refere yo kòm kouran kous sikwi (Isc). Dezyèm ka limit la se kondisyon sikwi ouvè (Voc) ki rive lè R→∞ oswa kouran an se zewo. Figi 1e montre klèman ke Voc pozitif epi li ogmante ak ogmantasyon entansite limyè a, kontrèman ak rezilta ki jwenn nan 50 K; pandan ke yon Isc negatif obsève ogmante nan mayitid ak ekleraj limyè, yon konpòtman tipik nan selil solè nòmal yo.

Menm jan an tou, lè reyon lazè a dirije sou zòn ki lwen elektwòd yo, koub V(I) a pa depann de entansite lazè a epi pa gen okenn efè fotovoltaik ki parèt (Fig. 1f). Menm jan ak mezi a nan 50 K, koub IV yo deplase nan direksyon opoze a pandan elektwòd anod la ap iradye (Fig. 1g). Tout rezilta sa yo ki jwenn pou sistèm pat YBCO-Ag sa a nan 300 K ak lazè iradye nan diferan pozisyon echantiyon an konsistan avèk yon potansyèl entèfas opoze ak sa ki obsève a 50 K.

Pifò elektwon yo kondanse an pè Cooper nan YBCO sipèkondiktè anba tanperati tranzisyon li Tc. Pandan yo nan elektwòd metal la, tout elektwon yo rete nan fòm sengilye. Gen yon gwo gradyan dansite pou tou de elektwon singilye yo ak pè Cooper yo toupre koòdone metal-sipèkondiktè a. Elektwon singilye ki pote majorite nan materyèl metalik la pral difize nan rejyon sipèkondiktè a, tandiske pè Cooper ki pote majorite nan rejyon YBCO a pral difize nan rejyon metal la. Kòm pè Cooper ki pote plis chaj epi ki gen yon pi gwo mobilite pase elektwon singilye yo difize soti nan YBCO nan rejyon metalik la, atòm ki chaje pozitivman rete dèyè, sa ki lakòz yon chan elektrik nan rejyon chaj espasyal la. Direksyon chan elektrik sa a montre nan dyagram eskematik Fig. 1d la. Limyè foton ensidan toupre rejyon chaj espasyal la ka kreye pè eh ki pral separe epi baleye, sa ki pwodui yon fotokouran nan direksyon polarizasyon envès. Le pli vit ke elektwon yo soti nan chan elektrik entegre a, yo kondanse an pè epi yo koule nan lòt elektwòd la san rezistans. Nan ka sa a, Voc la opoze ak polarite predefini an epi li montre yon valè negatif lè reyon lazè a montre zòn ki antoure elektwòd negatif la. Apati valè Voc la, nou ka estime potansyèl ki genyen atravè koòdone a: distans ki genyen ant de fil vòltaj yo d se ~5 × 10−3 m, epesè koòdone metal-sipèkondiktè a, di, ta dwe menm lòd mayitid ak longè koyerans sipèkondiktè YBCO a (~1 nm)19,20, pran valè Voc = 0.03 mV, potansyèl Vms nan koòdone metal-sipèkondiktè a evalye a ~10−11 V a 50 K ak yon entansite lazè 502 mW/cm2, lè l sèvi avèk ekwasyon,

Nou vle mete aksan isit la ke vòltaj foto-pwovoke a pa ka eksplike pa efè foto-tèmik. Li te etabli eksperimantalman ke koyefisyan Seebeck sipèkondiktè YBCO a se Ss = 021. Koyefisyan Seebeck pou fil plon kwiv yo nan seri SCu = 0.34–1.15 μV/K3. Tanperati fil kwiv la nan tach lazè a ka ogmante pa yon ti kantite 0.06 K ak entansite lazè maksimòm ki disponib a 50 K. Sa a ta ka pwodui yon potansyèl tèmoelektrik 6.9 × 10−8 V ki twa lòd mayitid pi piti pase Voc ki jwenn nan Fig 1 (a). Li evidan ke efè tèmoelektrik la twò piti pou eksplike rezilta eksperimantal yo. Anfèt, varyasyon tanperati a akòz iradyasyon lazè a ta disparèt nan mwens pase yon minit, kidonk kontribisyon ki soti nan efè tèmik la ka inyore san danje.

Efè fotovoltaik YBCO sa a nan tanperati chanm revele ke yon mekanis separasyon chaj diferan enplike isit la. YBCO sipèkondiktè nan eta nòmal se yon materyèl tip p ak twou kòm transpòtè chaj22,23, alòske pat Ag metalik la gen karakteristik yon materyèl tip n. Menm jan ak jonksyon pn, difizyon elektwon nan pat ajan an ak twou nan seramik YBCO a pral fòme yon chan elektrik entèn ki montre seramik YBCO a nan koòdone a (Fig. 1h). Se chan entèn sa a ki bay fòs separasyon an epi ki mennen nan yon Voc pozitif ak yon Isc negatif pou sistèm pat YBCO-Ag la nan tanperati chanm, jan yo montre nan Fig. 1e. Altènativman, Ag-YBCO te kapab fòme yon jonksyon Schottky tip p ki mennen tou nan yon potansyèl koòdone ak menm polarite a tankou nan modèl ki prezante pi wo a24.

Pou envestige pwosesis evolisyon detaye pwopriyete fotovoltaik yo pandan tranzisyon sipèkondiktè YBCO a, yo te mezire koub IV echantiyon an a 80 K avèk entansite lazè chwazi ki te eklere nan elektwòd katod la (Fig. 2). San iradyasyon lazè, vòltaj ki travèse echantiyon an rete a zewo kèlkeswa kouran an, sa ki endike eta sipèkondiktè echantiyon an a 80 K (Fig. 2a). Menm jan ak done yo jwenn a 50 K, koub IV paralèl ak aks I a deplase anba avèk ogmantasyon entansite lazè a jiskaske yo rive nan yon valè kritik Pc. Anlè entansite lazè kritik sa a (Pc), sipèkondiktè a sibi yon tranzisyon soti nan yon faz sipèkondiktè rive nan yon faz rezistif; vòltaj la kòmanse ogmante avèk kouran an akòz aparans rezistans nan sipèkondiktè a. Kòm rezilta, koub IV la kòmanse kwaze ak aks I a ak aks V a, sa ki mennen nan yon Voc negatif ak yon Isc pozitif okòmansman. Kounye a, echantiyon an sanble nan yon eta espesyal kote polarite Voc ak Isc a trè sansib a entansite limyè; Avèk yon ti ogmantasyon nan entansite limyè a, Isc konvèti soti nan valè pozitif an negatif epi Voc soti nan valè negatif an pozitif, li pase nan orijin nan (gwo sansiblite pwopriyete fotovoltaik yo, patikilyèman valè Isc a, pou ekleraj limyè ka wè pi klèman nan Fig. 2b). Nan pi gwo entansite lazè ki disponib la, koub IV yo gen entansyon paralèl youn ak lòt, sa ki siyifye eta nòmal echantiyon YBCO a.

Sant tach lazè a pozisyone otou elektwòd katod yo (gade Fig. 1i). a, Koub IV YBCO iradye ak diferan entansite lazè. b (anwo), Depandans entansite lazè sou vòltaj sikwi ouvè Voc ak kouran sikwi kout Isc. Valè Isc yo pa ka jwenn nan entansite limyè ki ba (< 110 mW/cm2) paske koub IV yo paralèl ak aks I a lè echantiyon an nan eta sipèkondiktè. b (anba), rezistans diferansyèl kòm yon fonksyon entansite lazè.

Depandans entansite lazè Voc ak Isc a 80 K montre nan Fig. 2b (anlè). Pwopriyete fotovoltaik yo ka diskite nan twa rejyon entansite limyè. Premye rejyon an ant 0 ak Pc, kote YBCO se sipèkondiktè, Voc negatif epi li diminye (valè absoli a ogmante) ak entansite limyè a epi li rive nan yon minimòm nan Pc. Dezyèm rejyon an soti nan Pc rive nan yon lòt entansite kritik P0, kote Voc ogmante pandan Isc diminye ak ogmantasyon entansite limyè a epi tou de rive nan zewo nan P0. Twazyèm rejyon an pi wo pase P0 jiskaske eta nòmal YBCO a rive. Malgre ke tou de Voc ak Isc varye ak entansite limyè a menm jan ak nan rejyon 2, yo gen polarite opoze pi wo pase entansite kritik P0 a. Siyifikasyon P0 a chita nan lefèt ke pa gen okenn efè fotovoltaik epi mekanis separasyon chaj la chanje kalitatifman nan pwen patikilye sa a. Echantiyon YBCO a vin pa sipèkondiktè nan seri entansite limyè sa a men eta nòmal la poko rive.

Li klè ke karakteristik fotovoltaik sistèm nan gen yon relasyon sere avèk siperkonduktivite YBCO a ak tranzisyon siperkondiktè li a. Rezistans diferansyèl la, dV/dI, nan YBCO a montre nan Fig. 2b (anba) kòm yon fonksyon entansite lazè a. Jan nou te mansyone anvan, potansyèl elektrik ki bati nan koòdone a akòz pwen difizyon pè Cooper yo soti nan siperkondiktè a rive nan metal la. Menm jan ak sa yo obsève a 50 K, efè fotovoltaik la ogmante lè entansite lazè a ogmante soti nan 0 rive nan Pc. Lè entansite lazè a rive nan yon valè yon ti kras pi wo pase Pc, koub IV la kòmanse panche epi rezistans echantiyon an kòmanse parèt, men polarite potansyèl koòdone a poko chanje. Yo te envestige efè eksitasyon optik sou siperkonduktivite a nan rejyon vizib la oswa tou pre-enfrawouj la. Pandan ke pwosesis debaz la se kraze pè Cooper yo epi detwi siperkonduktivite a25,26, nan kèk ka, tranzisyon siperkonduktivite a ka amelyore27,28,29, yo ka menm pwovoke nouvo faz siperkonduktivite30. Absans sipèkonduktivite nan Pc a ka atribiye a kraze pè foto-pwovoke a. Nan pwen P0, potansyèl la atravè koòdone a vin zewo, sa ki endike dansite chaj la nan tou de bò koòdone a rive nan menm nivo anba entansite limyè patikilye sa a. Plis ogmantasyon nan entansite lazè a lakòz plis pè Cooper detwi epi YBCO piti piti transfòme tounen yon materyèl tip p. Olye de difizyon elektwon ak pè Cooper, karakteristik koòdone a kounye a detèmine pa difizyon elektwon ak twou ki mennen nan yon ranvèsman polarite nan chan elektrik la nan koòdone a epi kidonk yon Voc pozitif (konpare Fig.1d,h). Nan entansite lazè ki trè wo, rezistans diferansyèl YBCO a satire nan yon valè ki koresponn ak eta nòmal la epi tou de Voc ak Isc yo gen tandans varye lineyèman ak entansite lazè a (Fig. 2b). Obsèvasyon sa a revele ke iradyasyon lazè sou eta nòmal YBCO p ap chanje rezistivite li ankò ak karakteristik koòdone sipèkondiktè-metal la, men sèlman ogmante konsantrasyon pè elektwon-twou yo.

Pou envestige efè tanperati sou pwopriyete fotovoltaik yo, sistèm metal-sipèkondiktè a te iradyasyon nan katod la ak yon lazè ble ki gen yon entansite 502 mW/cm2. Koub IV yo jwenn nan tanperati chwazi ant 50 ak 300 K yo bay nan Fig. 3a. Vòltaj sikwi ouvè Voc la, kouran sikwi kout Isc la ak rezistans diferansyèl la ka jwenn nan koub IV sa yo epi yo montre nan Fig. 3b. San ekleraj limyè, tout koub IV yo mezire nan diferan tanperati pase orijin nan jan yo te espere a (ankadreman Fig. 3a). Karakteristik IV yo chanje anpil ak ogmantasyon tanperati a lè sistèm nan eklere pa yon reyon lazè relativman fò (502 mW/cm2). Nan tanperati ki ba, koub IV yo se liy dwat paralèl ak aks I a ak valè negatif Voc. Koub sa a deplase anlè ak ogmantasyon tanperati a epi piti piti transfòme an yon liy ak yon pant ki pa zewo nan yon tanperati kritik Tcp (Fig. 3a (anlè)). Li sanble ke tout koub karakteristik IV yo vire toutotou yon pwen nan twazyèm kadran an. Voc ogmante soti nan yon valè negatif pou rive nan yon valè pozitif pandan ke Isc diminye soti nan yon valè pozitif pou rive nan yon valè negatif. Anlè tanperati tranzisyon sipèkondiktè orijinal Tc YBCO a, koub IV la chanje yon fason diferan ak tanperati a (anba Fig. 3a). Premyèman, sant wotasyon koub IV yo deplase nan premye kadran an. Dezyèmman, Voc kontinye diminye epi Isc ogmante ak ogmantasyon tanperati a (anlè Fig. 3b). Twazyèmman, pant koub IV yo ogmante lineyèman ak tanperati a sa ki lakòz yon koyefisyan tanperati rezistans pozitif pou YBCO (anba Fig. 3b).

Depandans tanperati karakteristik fotovoltaik pou sistèm pat YBCO-Ag anba ekleraj lazè 502 mW/cm2.

Sant tach lazè a pozisyone otou elektwòd katod yo (gade Fig. 1i). a, koub IV yo jwenn soti nan 50 a 90 K (anwo) ak soti nan 100 a 300 K (anba) ak yon ogmantasyon tanperati 5 K ak 20 K, respektivman. Figi anndan a montre karakteristik IV nan plizyè tanperati nan fènwa. Tout koub yo travèse pwen orijin nan. b, vòltaj sikwi ouvè Voc ak kouran sikwi kout Isc (anwo) ak rezistans diferansyèl, dV/dI, YBCO (anba) kòm yon fonksyon tanperati. Tanperati tranzisyon siprakondiktè rezistans zewo Tcp a pa bay paske li twò pre Tc0.

Nou ka rekonèt twa tanperati kritik nan Fig. 3b: Tcp, pi wo pase ki YBCO vin pa sipèkondiktè; Tc0, kote tou de Voc ak Isc vin zewo epi Tc, tanperati tranzisyon sipèkondiktè orijinal YBCO san iradyasyon lazè. Anba Tcp ~ 55 K, YBCO ki iradyasyon lazè a nan eta sipèkondiktè ak yon konsantrasyon pè Cooper relativman wo. Efè iradyasyon lazè a se diminye tanperati tranzisyon sipèkondiktè rezistans zewo a soti nan 89 K a ~55 K (anba Fig. 3b) lè li diminye konsantrasyon pè Cooper anplis pwodui vòltaj ak kouran fotovoltaik. Ogmantasyon tanperati a kraze pè Cooper yo tou, sa ki mennen nan yon potansyèl ki pi ba nan koòdone a. Kidonk, valè absoli Voc la ap vin pi piti, byenke yo aplike menm entansite ekleraj lazè a. Potansyèl koòdone a ap vin pi piti ak ogmantasyon tanperati a epi li rive nan zewo nan Tc0. Pa gen okenn efè fotovoltaik nan pwen espesyal sa a paske pa gen okenn chan entèn pou separe pè elektwon-twou foto-pwovoke yo. Yon ranvèsman polarite potansyèl la rive pi wo pase tanperati kritik sa a paske dansite chaj lib nan pat Ag a pi gran pase sa ki nan YBCO ki piti piti transfere tounen nan yon materyèl tip p. Isit la nou vle mete aksan sou ke ranvèsman polarite Voc ak Isc rive imedyatman apre tranzisyon sipèkondiktè rezistans zewo a, kèlkeswa kòz tranzisyon an. Obsèvasyon sa a revele klèman, pou premye fwa, korelasyon ki genyen ant sipèkonduktivite ak efè fotovoltaik ki asosye ak potansyèl entèfas metal-sipèkondiktè a. Lanati potansyèl sa a atravè entèfas sipèkondiktè-metal nòmal la te yon konsantre rechèch pandan plizyè dènye deseni yo, men gen anpil kesyon ki toujou ap tann repons. Mezi efè fotovoltaik la ka pwouve ke li se yon metòd efikas pou eksplore detay yo (tankou fòs li ak polarite elatriye) nan potansyèl enpòtan sa a e pakonsekan bay limyè sou efè pwoksimite sipèkondiktè tanperati ki wo a.

Plis ogmantasyon nan tanperati soti nan Tc0 rive nan Tc mennen nan yon pi piti konsantrasyon pè Cooper ak yon amelyorasyon nan potansyèl entèfas la e kidonk yon pi gwo Voc. Nan Tc, konsantrasyon pè Cooper a vin zewo epi potansyèl akimile nan entèfas la rive nan yon maksimòm, sa ki lakòz yon Voc maksimòm ak yon Isc minimòm. Ogmantasyon rapid Voc ak Isc (valè absoli) nan ranje tanperati sa a koresponn ak tranzisyon sipèkondiktè a ki elaji soti nan ΔT ~ 3 K rive nan ~34 K pa iradyasyon lazè ki gen yon entansite 502 mW/cm2 (Fig. 3b). Nan eta nòmal ki pi wo pase Tc, vòltaj sikwi ouvè Voc la diminye ak tanperati a (anlè Fig. 3b), menm jan ak konpòtman lineyè Voc pou selil solè nòmal ki baze sou jonksyon pn31,32,33. Malgre ke to chanjman Voc avèk tanperati a (−dVoc/dT), ki depann anpil sou entansite lazè a, pi piti anpil pase sa ki nan selil solè nòmal yo, koyefisyan tanperati Voc pou jonksyon YBCO-Ag la gen menm lòd mayitid ak sa ki nan selil solè yo. Kouran flit yon jonksyon pn pou yon aparèy selil solè nòmal ogmante avèk ogmantasyon tanperati, sa ki mennen nan yon diminisyon nan Voc lè tanperati a ogmante. Koub IV lineyè yo obsève pou sistèm Ag-sipèkondiktè sa a, akòz premyèman potansyèl koòdone ki trè piti a epi dezyèmman koneksyon do-a-do de eterojonksyon yo, fè li difisil pou detèmine kouran flit la. Sepandan, li sanble trè pwobab ke menm depandans tanperati kouran flit la responsab pou konpòtman Voc ki obsève nan eksperyans nou an. Dapre definisyon an, Isc se kouran ki nesesè pou pwodui yon vòltaj negatif pou konpanse Voc pou vòltaj total la zewo. Lè tanperati a ogmante, Voc vin pi piti pou mwens kouran nesesè pou pwodui vòltaj negatif la. Anplis de sa, rezistans YBCO a ogmante lineyèman ak tanperati ki pi wo pase Tc (anba Fig. 3b), ki kontribye tou nan pi piti valè absoli Isc a nan tanperati ki wo.

Remake byen ke rezilta yo bay nan Figi 2 ak 3 yo jwenn lè yo iradyasyon lazè nan zòn ki antoure elektwòd katod yo. Yo te repete mezi yo tou avèk yon tach lazè ki pozisyone nan anod la epi yo te obsève karakteristik IV ak pwopriyete fotovoltaik menm jan an, eksepte ke polarite Voc ak Isc la te ranvèse nan ka sa a. Tout done sa yo mennen nan yon mekanis pou efè fotovoltaik la, ki gen yon relasyon sere avèk koòdone sipèkondiktè-metal la.

An rezime, yo mezire karakteristik IV sistèm pat YBCO-Ag sipèkondiktè iradyasyon lazè kòm fonksyon tanperati ak entansite lazè. Yo obsève yon efè fotovoltaik remakab nan seri tanperati 50 a 300 K. Yo jwenn ke pwopriyete fotovoltaik yo korele fòtman ak sipèkonduktivite seramik YBCO yo. Yon ranvèsman polarite Voc ak Isc rive imedyatman apre tranzisyon sipèkondiktè foto-pwovoke a pou rive nan non-sipèkondiktè. Depandans tanperati Voc ak Isc ki mezire nan yon entansite lazè fiks montre tou yon ranvèsman polarite distenk nan yon tanperati kritik pi wo pase ki echantiyon an vin rezistif. Lè nou lokalize tach lazè a nan yon pati diferan nan echantiyon an, nou montre ke gen yon potansyèl elektrik atravè koòdone a, ki bay fòs separasyon pou pè elektwon-twou foto-pwovoke yo. Potansyèl koòdone sa a dirije soti nan YBCO rive nan elektwòd metal la lè YBCO sipèkondiktè epi li chanje nan direksyon opoze a lè echantiyon an vin pa sipèkondiktè. Orijin potansyèl la ka natirèlman asosye avèk efè pwoksimite a nan koòdone metal-sipèkondiktè lè YBCO sipèkondiktè epi li estime a ~10−8 mV a 50 K ak yon entansite lazè 502 mW/cm2. Kontak yon materyèl YBCO tip p nan eta nòmal ak yon materyèl Ag-paste tip n fòme yon jonksyon kwazi-pn ki responsab konpòtman fotovoltaik seramik YBCO nan tanperati ki wo. Obsèvasyon ki anwo yo mete limyè sou efè PV nan seramik YBCO sipèkondiktè nan tanperati ki wo epi ouvri wout la pou nouvo aplikasyon nan aparèy optoelektwonik tankou detektè limyè pasif rapid ak detektè foton sèl.

Eksperyans efè fotovoltaik yo te fèt sou yon echantiyon seramik YBCO ki gen yon epesè 0.52 mm ak yon fòm rektangilè 8.64 × 2.26 mm2 epi ki te eklere pa yon lazè ble kontinyèl (λ = 450 nm) ak yon gwosè tach lazè ki gen yon reyon 1.25 mm. Itilizasyon yon echantiyon an gwo olye de yon echantiyon fim mens pèmèt nou etidye pwopriyete fotovoltaik siperkondiktè a san nou pa bezwen fè fas ak enfliyans konplèks substrat la6,7. Anplis de sa, materyèl an gwo a te kapab fezab pou pwosedi preparasyon senp li yo ak pri relativman ba. Fil plon kwiv yo kole sou echantiyon YBCO a ak yon pat ajan ki fòme kat elektwòd sikilè ki gen anviwon 1 mm an dyamèt. Distans ki genyen ant de elektwòd vòltaj yo se anviwon 5 mm. Karakteristik IV echantiyon an te mezire lè l sèvi avèk mayetomèt echantiyon vibrasyon an (VersaLab, Quantum Design) ak yon fenèt kristal kwatz. Metòd kat fil estanda te itilize pou jwenn koub IV yo. Pozisyon relatif elektwòd yo ak tach lazè a montre nan Fig. 1i.

Kijan pou site atik sa a: Yang, F. et al. Orijin efè fotovoltaik nan seramik sipèkondiktè YBa2Cu3O6.96. Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).

Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Vòltaj pwovoke pa lazè ki entèdi pa simetri nan YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 41, 11564–11567 (1990).

Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Orijin siyal fotovoltaik anomal nan Y-Ba-Cu-O. Phys. Rev. B 43, 6270–6272 (1991).

Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR ak Wang, GW Mezi vòltaj pwovoke pa lazè nan Bi-Sr-Ca-Cu-O sipèkondiktè. Phys. Rev. B 46, 5773–5776 (1992).

Tate, KL, et al. Vòltaj pwovoke pa lazè tanporè nan fim YBa2Cu3O7-x nan tanperati chanm. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).

Kwok, HS & Zheng, JP Repons fotovoltaik anomal nan YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 46, 3692–3695 (1992).

Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Enjeksyon transpòtè twou fotojenere nan YBa2Cu3O7−x nan yon eterostrikti oksid. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).

Asakura, D. et al. Etid fotoemisyon fim mens YBa2Cu3Oy anba ekleraj limyè. Phys. Rev. Lett. 93, 247006 (2004).

Yang, F. et al. Efè fotovoltaik YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb eterojonksyon rkui nan diferan presyon pasyèl oksijèn. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).

Aminov, BA et al. Estrikti De-Gap nan kristal Yb(Y)Ba2Cu3O7-x. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).

Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Dinamik relaksasyon kwasipartikil nan sipèkondiktè ak diferan estrikti espas: Teyori ak eksperyans sou YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. B 59, 1497–1506 (1999).

Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Pwopriyete rektifikasyon eterojonksyon YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).

Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Absòpsyon eksitonik ak sipèkonduktivite nan YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. Lett. 59, 919–922 (1987).

Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Konduktivite fotopwovoke tanporè nan kristal semi-kondiktè YBa2Cu3O6.3: rechèch pou eta metalik fotopwovoke ak pou sipèkonduktivite fotopwovoke. Solid State Commun. 72, 345–349 (1989).

McMillan, WL Modèl tinèl efè pwoksimite sipèkondiktè a. Phys. Rev. 175, 537–542 (1968).

Guéron, S. et al. Efè pwoksimite sipèkondiktè sonde sou yon echèl longè mezoskopik. Phys. Rev. Lett. 77, 3025–3028 (1996).

Annunziata, G. ak Manske, D. Efè pwoksimite ak sipèkondiktè ki pa santrosimetrik. Phys. Rev. B 86, 17514 (2012).

Qu, FM et al. Efè pwoksimite sipèkondiktè fò nan estrikti ibrid Pb-Bi2Te3. Syans. Rep. 2, 339 (2012).

Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Yon nouvo fotoselil jonksyon pn Silisyòm pou konvèti radyasyon solè an enèji elektrik. J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).

Tomimoto, K. Efè enpurte sou longè koyerans sipèkondiktè nan kristal YBa2Cu3O6.9 dopé ak Zn oswa Ni. Phys. Rev. B 60, 114–117 (1999).

Ando, ​​Y. & Segawa, K. Mayetorèzistans kristal YBa2Cu3Oy ki pa gen fil nan yon pakèt dopan: depandans anomal dopan twou sou longè koyerans lan. Phys. Rev. Lett. 88, 167005 (2002).

Obertelli, SD & Cooper, JR Sistematik nan puisans tèmoelektrik oksid ki gen gwo T. Phys. Rev. B 46, 14928–14931, (1992).

Sugai, S. et al. Deplasman momantòm pik koeran an ak mòd fonon LO a ki depann de dansite transpòtè nan sipèkondiktè tip p ki gen yon Tc wo. Phys. Rev. B 68, 184504 (2003).

Nojima, T. et al. Rediksyon twou ak akimilasyon elektwon nan fim mens YBa2Cu3Oy lè l sèvi avèk yon teknik elektwochimik: Prèv pou yon eta metalik tip n. Phys. Rev. B 84, 020502 (2011).

Tung, RT Fizik ak chimi wotè baryè Schottky a. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).

Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. ak Langenberg, DN Efè Kase Pè Ekstèn Dinamik nan Fim Sipèkondiktè. Phys. Rev. Lett. 33, 215–219 (1974).

Nieva, G. et al. Amelyorasyon sipèkonduktivite pa fotopwovoke. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).

Kudinov, VI et al. Fotokonduktivite pèsistan nan fim YBa2Cu3O6+x kòm yon metòd fotodopaj anvè faz metalik ak sipèkondiktè. Phys. Rev. B 14, 9017–9028 (1993).

Mankowsky, R. et al. Dinamik rezo nonlineyè kòm yon baz pou amelyore sipèkonduktivite nan YBa2Cu3O6.5. Nature 516, 71–74 (2014).

Fausti, D. et al. Sipèkonduktivite pwovoke pa limyè nan yon kuprat ki gen lòd bann. Syans 331, 189–191 (2011).

El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Depandans fonksyonèl tanperati VOC pou yon selil solè an relasyon ak efikasite li, nouvo apwòch. Desalination 209, 91–96 (2007).

Vernon, SM & Anderson, WA Efè tanperati nan selil solè silikon ki gen baryè Schottky. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).

Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Depandans tanperati pou paramèt aparèy fotovoltaik selil solè polymère-fulerèn anba kondisyon fonksyònman. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).

Travay sa a te resevwa sipò nan men Fondasyon Nasyonal Syans Natirèl Lachin nan (Sibvansyon No. 60571063), Pwojè Rechèch Fondamantal Pwovens Henan, Lachin (Sibvansyon No. 122300410231).

FY te ekri tèks atik la epi MYH te prepare echantiyon seramik YBCO a. FY ak MYH te fè eksperyans lan epi analize rezilta yo. FGC te dirije pwojè a ak entèpretasyon syantifik done yo. Tout otè yo te revize maniskri a.

Travay sa a anba yon lisans Creative Commons Attribution 4.0 Entènasyonal. Imaj yo oswa lòt materyèl twazyèm pati ki nan atik sa a enkli nan lisans Creative Commons atik la, sof si yo endike otreman nan liy kredi a; si materyèl la pa enkli anba lisans Creative Commons lan, itilizatè yo ap bezwen jwenn pèmisyon nan men moun ki gen lisans lan pou repwodui materyèl la. Pou wè yon kopi lisans sa a, vizite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Yang, F., Han, M. ak Chang, F. Orijin efè fotovoltaik nan seramik sipèkondiktè YBa2Cu3O6.96. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504

Lè ou soumèt yon kòmantè, ou dakò pou respekte Kondisyon ak Règleman Kominotè nou yo. Si ou jwenn yon bagay ki abizif oswa ki pa konfòm ak kondisyon oswa règleman nou yo, tanpri make li kòm apwopriye.