YBa2Cu3O6.96 ကြွေထည်များတွင် photovoltaic အကျိုးသက်ရောက်မှု၏ မူလအစ

nature.com သို့ ဝင်ရောက်ကြည့်ရှုသည့်အတွက် ကျေးဇူးတင်ပါသည်။ CSS အတွက် အကန့်အသတ်ဖြင့် ပံ့ပိုးမှုရှိသော ဘရောက်ဆာဗားရှင်းကို သင်အသုံးပြုနေပါသည်။ အကောင်းဆုံးအတွေ့အကြုံရရှိရန်အတွက်၊ ပိုမိုခေတ်မီသော ဘရောက်ဆာကို အသုံးပြုရန် (သို့မဟုတ် Internet Explorer ရှိ compatibility mode ကို ပိတ်ရန်) အကြံပြုအပ်ပါသည်။ ထိုအတောအတွင်း၊ ဆက်လက်ပံ့ပိုးမှုရရှိစေရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် ဆိုက်ကို styles နှင့် JavaScript မပါဘဲ ပြသနေပါသည်။

ကျွန်ုပ်တို့သည် YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ကြွေထည်တွင် 50 မှ 300 K အကြားရှိ blue-laser illumination ကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော photovoltaic effect ကို အစီရင်ခံပါသည်၊ ၎င်းသည် YBCO ၏ superconductivity နှင့် YBCO-metallic electrode interface နှင့် တိုက်ရိုက်ဆက်စပ်နေပါသည်။ YBCO သည် superconducting မှ resistive state သို့ ကူးပြောင်းသောအခါ open circuit voltage Voc နှင့် short circuit current Isc အတွက် polarity reversal ရှိပါသည်။ superconductor-normal metal interface တစ်လျှောက်တွင် electrical potential တစ်ခုရှိကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ပြသထားပြီး၊ ၎င်းသည် photo-induced electron-hole pairs များအတွက် separation force ကို ပေးစွမ်းသည်။ ဤ interface potential သည် YBCO သည် superconducting ဖြစ်သောအခါ YBCO မှ metal electrode သို့ ဦးတည်ပြီး YBCO သည် nonsuperconducting ဖြစ်လာသောအခါ ဆန့်ကျင်ဘက်သို့ ပြောင်းလဲသွားပါသည်။ potential ၏ မူလအစသည် YBCO သည် superconducting ဖြစ်သောအခါ metal-superconductor interface ရှိ proximity effect နှင့် အလွယ်တကူဆက်စပ်နိုင်ပြီး ၎င်း၏တန်ဖိုးသည် 50 K တွင် ~10–8 mV laser intensity 502 mW/cm2 ခန့်မှန်းခြေရှိသည်။ ပုံမှန်အခြေအနေတွင် p-type ပစ္စည်း YBCO နှင့် n-type ပစ္စည်း Ag-paste ပေါင်းစပ်ခြင်းသည် မြင့်မားသောအပူချိန်များတွင် YBCO ကြွေထည်များ၏ photovoltaic အပြုအမူအတွက် တာဝန်ရှိသော quasi-pn junction ကိုဖြစ်ပေါ်စေသည်။ ကျွန်ုပ်တို့၏တွေ့ရှိချက်များသည် photon-electronic devices များ၏ အသုံးချမှုအသစ်များအတွက် လမ်းခင်းပေးနိုင်ပြီး superconductor-metal interface တွင် proximity effect ကို ပိုမိုအလင်းပြပေးနိုင်ပါသည်။

အပူချိန်မြင့် superconductor များတွင် photo-induced voltage ကို ၁၉၉၀ ပြည့်လွန်နှစ်များအစောပိုင်းတွင် အစီရင်ခံစာတင်ခဲ့ပြီး ထိုအချိန်မှစ၍ ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် စုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့သော်လည်း ၎င်း၏ သဘောသဘာဝနှင့် ယန္တရားသည် မတည်ငြိမ်ဖြစ်နေဆဲဖြစ်သည်1,2,3,4,5။ အထူးသဖြင့် YBa2Cu3O7-δ (YBCO) thin films6,7,8 ကို ၎င်း၏ ချိန်ညှိနိုင်သော စွမ်းအင်ကွာဟချက်9,10,11,12,13 ကြောင့် photovoltaic (PV) ဆဲလ်ပုံစံဖြင့် အပြင်းအထန်လေ့လာသည်။ သို့သော် substrate ၏ မြင့်မားသော resistance သည် device ၏ conversion efficiency နိမ့်ကျစေပြီး YBCO8 ၏ primary PV ဂုဏ်သတ္တိများကို ဖုံးကွယ်ထားသည်။ ဤတွင် YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ceramic တွင် 50 မှ 300 K (Tc ~ 90 K) အကြား blue-laser (λ = 450 nm) illumination ကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော ထူးခြားသော photovoltaic effect ကို ကျွန်ုပ်တို့ တင်ပြပါသည်။ PV effect သည် YBCO ၏ superconductivity နှင့် YBCO-metallic electrode interface ၏ သဘောသဘာဝနှင့် တိုက်ရိုက်ဆက်စပ်နေကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ ပြသပါသည်။ YBCO သည် superconducting phase မှ resistive state သို့ကူးပြောင်းသောအခါ open circuit voltage Voc နှင့် short circuit current Isc အတွက် polarity reversal ရှိပါသည်။ superconductor-normal metal interface တစ်လျှောက်တွင် electrical potential တစ်ခုရှိသည်ဟု ယူဆရပြီး photo-induced electron-hole pairs များအတွက် separation force ကိုပေးပါသည်။ ဤ interface potential သည် YBCO သည် superconducting ဖြစ်သောအခါ YBCO မှ metal electrode သို့ ဦးတည်ပြီး sample သည် nonsuperconducting ဖြစ်လာသောအခါ ဆန့်ကျင်ဘက်သို့ ပြောင်းလဲသွားသည်။ potential ၏ မူလအစသည် YBCO သည် superconducting ဖြစ်သောအခါ metal-superconductor interface ရှိ proximity effect14,15,16,17 နှင့် သဘာဝအတိုင်း ဆက်စပ်နိုင်ပြီး ၎င်း၏တန်ဖိုးသည် 502 mW/cm2 ၏ laser intensity ဖြင့် 50 K တွင် ~10−8 mV ခန့်မှန်းခြေရှိသည်။ ပုံမှန်အခြေအနေတွင် p-type ပစ္စည်း YBCO ကို n-type ပစ္စည်း Ag-paste နှင့် ပေါင်းစပ်ခြင်းသည် မြင့်မားသောအပူချိန်များတွင် YBCO ကြွေထည်များ၏ PV အပြုအမူအတွက် တာဝန်ရှိသော quasi-pn junction ကို ဖွဲ့စည်းပေးပါသည်။ ကျွန်ုပ်တို့၏ လေ့လာတွေ့ရှိချက်များသည် အပူချိန်မြင့် superconducting YBCO ကြွေထည်များတွင် PV အကျိုးသက်ရောက်မှု၏ မူလအစကို ပိုမိုအလင်းပြပေးပြီး fast passive light detector ကဲ့သို့သော optoelectronic devices များတွင် ၎င်း၏အသုံးချမှုအတွက် လမ်းခင်းပေးပါသည်။

ပုံ ၁က မှ ဂ တွင် YBCO ကြွေနမူနာ၏ IV ဝိသေသလက္ခဏာများသည် 50 K တွင်ရှိကြောင်း ပြသထားသည်။ အလင်းရောင်မထွန်းလင်းပါက၊ နမူနာတစ်လျှောက်ရှိ ဗို့အားသည် ပြောင်းလဲနေသော လျှပ်စီးကြောင်းနှင့်အတူ သုညတွင်ရှိနေမည်ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် superconducting ပစ္စည်းမှ မျှော်လင့်ထားနိုင်သည်။ လေဆာရောင်ခြည်ကို cathode သို့ ဦးတည်သောအခါ (ပုံ ၁က) ထင်ရှားသော photovoltaic အကျိုးသက်ရောက်မှု ပေါ်လာသည်- I-ဝင်ရိုးနှင့်အပြိုင် IV မျဉ်းကွေးများသည် လေဆာပြင်းထန်မှု မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ အောက်သို့ ရွေ့လျားသည်။ လျှပ်စီးကြောင်းမရှိဘဲ (မကြာခဏ open circuit voltage Voc ဟုခေါ်ဆိုသည်) အနုတ်လက္ခဏာ photo-induced voltage ရှိကြောင်း ထင်ရှားသည်။ IV မျဉ်းကွေး၏ သုည slope သည် လေဆာအလင်းရောင်အောက်တွင် နမူနာသည် superconducting နေဆဲဖြစ်ကြောင်း ညွှန်ပြသည်။

(က–ဂ) နှင့် 300 K (င–ဂ)။ V(I) တန်ဖိုးများကို လေဟာနယ်ထဲတွင် −10 mA မှ +10 mA အထိ လျှပ်စီးကြောင်းကို ပွတ်တိုက်ခြင်းဖြင့် ရရှိခဲ့သည်။ ရှင်းလင်းစေရန်အတွက် စမ်းသပ်မှုဒေတာ၏ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်းကိုသာ တင်ပြထားပါသည်။ a၊ cathode တွင် laser spot ထား၍ တိုင်းတာထားသော YBCO ၏ လျှပ်စီးကြောင်း-ဗို့အား ဝိသေသလက္ခဏာများ (i)။ IV မျဉ်းကွေးအားလုံးသည် နမူနာသည် လေဆာရောင်ခြည်ဖြင့် superconducting ရှိနေသေးကြောင်း ညွှန်ပြသည့် အလျားလိုက် ဖြောင့်တန်းသော မျဉ်းများဖြစ်သည်။ မျဉ်းကွေးသည် လေဆာပြင်းထန်မှု မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ အောက်သို့ ရွေ့လျားသွားပြီး လျှပ်စီးကြောင်း သုညရှိနေသော်လည်း voltage lead နှစ်ခုကြားတွင် negative potential (Voc) ရှိကြောင်း ညွှန်ပြသည်။ လေဆာကို ether 50 K (ခ) သို့မဟုတ် 300 K (ဖ) တွင် နမူနာ၏အလယ်ဗဟိုသို့ ညွှန်ပြသောအခါ IV မျဉ်းကွေးများသည် မပြောင်းလဲဘဲ ရှိနေပါသည်။ anode လင်းလာသည်နှင့်အမျှ အလျားလိုက်မျဉ်းသည် အပေါ်သို့ ရွေ့လျားသည် (ဂ)။ 50 K ရှိ metal-superconductor junction ၏ ပုံစံငယ်ကို d တွင် ပြသထားသည်။ cathode နှင့် anode တွင် laser beam ညွှန်ပြ၍ တိုင်းတာထားသော 300 K ရှိ normal state YBCO ၏ လျှပ်စီးကြောင်း-ဗို့အား ဝိသေသလက္ခဏာများကို e နှင့် g တွင် အသီးသီး ဖော်ပြထားသည်။ 50 K ရှိရလဒ်များနှင့်ဆန့်ကျင်ဘက်အနေဖြင့်၊ ဖြောင့်မျဉ်းများ၏ သုညမဟုတ်သော စောင်းသည် YBCO သည် ပုံမှန်အခြေအနေတွင်ရှိကြောင်း ညွှန်ပြသည်။ Voc တန်ဖိုးများသည် အလင်းပြင်းအားနှင့်အတူ ဆန့်ကျင်ဘက်ဦးတည်ချက်တွင် ကွဲပြားပြီး မတူညီသော အားသွင်းခွဲထုတ်မှုယန္တရားကို ညွှန်ပြသည်။ 300 K ရှိ ဖြစ်နိုင်ချေရှိသော interface ဖွဲ့စည်းပုံကို hj တွင် ဖော်ပြထားသည်။ ခဲများပါရှိသော နမူနာ၏ တကယ့်ပုံကို။

အောက်ဆီဂျင်ကြွယ်ဝသော YBCO သည် ၎င်း၏ အလွန်သေးငယ်သော စွမ်းအင်ကွာဟချက် (Eg)9,10 ကြောင့် နေရောင်ခြည်၏ အပြည့်အဝနီးပါးကို စုပ်ယူနိုင်ပြီး electron-hole pairs (e–h) ကို ဖန်တီးပေးပါသည်။ photons များကို စုပ်ယူခြင်းဖြင့် open circuit voltage Voc ကို ထုတ်လုပ်ရန်အတွက် recombination မဖြစ်ပွားမီ photo-generated eh pairs များကို spatially ခွဲထုတ်ရန် လိုအပ်ပါသည်18။ ပုံ 1i တွင် ဖော်ပြထားသည့်အတိုင်း cathode နှင့် anode နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက negative Voc သည် metal-superconductor interface တစ်လျှောက်တွင် electrical potential ရှိကြောင်း အကြံပြုထားပြီး electron များကို anode သို့ တွန်းပို့ပြီး holes များကို cathode သို့ တွန်းပို့ပါသည်။ ဤကဲ့သို့ဖြစ်ပါက superconductor မှ anode ရှိ metal electrode သို့ potential pointing တစ်ခုလည်း ရှိသင့်သည်။ ထို့ကြောင့် anode အနီးရှိ sample area ကို illuminated လုပ်ပါက positive Voc ရရှိမည်ဖြစ်သည်။ ထို့အပြင် laser spot ကို electrode များမှ ဝေးလံသောနေရာများသို့ ညွှန်ပြသောအခါ photo-induced voltages မရှိသင့်ပါ။ ပုံ 1b,c မှ မြင်တွေ့ရသည့်အတိုင်း ၎င်းသည် သေချာပေါက် ဖြစ်ရပ်တစ်ခုဖြစ်သည်။

အလင်းအစက်သည် ကက်သုတ်လျှပ်ကူးပစ္စည်းမှ နမူနာ၏အလယ်ဗဟိုသို့ (မျက်နှာပြင်များမှ 1.25 မီလီမီတာခန့်အကွာ) ရွေ့လျားသောအခါ၊ ရရှိနိုင်သော အမြင့်ဆုံးတန်ဖိုးသို့ လေဆာပြင်းအားတိုးမြှင့်ခြင်းဖြင့် IV မျဉ်းကွေးများ၏ ပြောင်းလဲမှုမရှိဘဲ Voc ကို မတွေ့ရှိရပါ (ပုံ 1b)။ သဘာဝအတိုင်း၊ ဤရလဒ်ကို ဓာတ်ပုံမှလှုံ့ဆော်ပေးသော သယ်ဆောင်သူများ၏ အကန့်အသတ်ရှိသော သက်တမ်းနှင့် နမူနာတွင် ခွဲထုတ်အားမရှိခြင်းကြောင့်ဟု သတ်မှတ်နိုင်သည်။ နမူနာကို အလင်းပေးသည့်အခါတိုင်း အီလက်ထရွန်အပေါက်အတွဲများကို ဖန်တီးနိုင်သော်လည်း e-h အတွဲအများစုသည် ပျက်စီးသွားပြီး လေဆာအစက်သည် အီလက်ထရုဒ်တစ်ခုခုမှ ဝေးလံသောနေရာများတွင် ကျရောက်ပါက photovoltaic အကျိုးသက်ရောက်မှုကို မတွေ့ရှိရပါ။ လေဆာအစက်ကို anode အီလက်ထရုဒ်များသို့ ရွှေ့လိုက်သောအခါ၊ I-ဝင်ရိုးနှင့်အပြိုင် IV မျဉ်းကွေးများသည် လေဆာပြင်းအားတိုးမြှင့်လာသည်နှင့်အမျှ အပေါ်သို့ရွေ့လျားသွားသည် (ပုံ 1c)။ အလားတူ built-in electrical field သည် anode ရှိ metal-superconductor junction တွင်ရှိသည်။ သို့သော်၊ သတ္တုလျှပ်ကူးပစ္စည်းသည် ယခုတစ်ကြိမ်တွင် စမ်းသပ်စနစ်၏ positive lead နှင့် ချိတ်ဆက်သည်။ လေဆာမှထုတ်လုပ်သော အပေါက်များကို anode lead သို့ တွန်းပို့သောကြောင့် positive Voc ကို တွေ့ရှိရသည်။ ဤနေရာတွင် တင်ပြထားသော ရလဒ်များက superconductor မှ သတ္တုလျှပ်ကူးပစ္စည်းသို့ ဦးတည်နေသော interface potential တစ်ခု အမှန်တကယ်ရှိကြောင်း ခိုင်မာသော အထောက်အထားများကို ပေးပါသည်။

300 K ရှိ YBa2Cu3O6.96 ကြွေထည်များတွင် photovoltaic effect ကို ပုံ 1e–g တွင် ပြသထားသည်။ အလင်းရောင်မထွန်းလင်းပါက နမူနာ၏ IV curve သည် မူလအစကို ဖြတ်ကျော်သော ဖြောင့်မျဉ်းတစ်ကြောင်းဖြစ်သည်။ ဤဖြောင့်မျဉ်းသည် cathode leads များတွင် laser intensity မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ မူရင်းမျဉ်းနှင့်အပြိုင် အပေါ်သို့ ရွေ့လျားသည် (ပုံ 1e)။ photovoltaic device အတွက် စိတ်ဝင်စားဖွယ် limiting case နှစ်ခုရှိသည်။ V = 0 ဖြစ်သောအခါ short-circuit အခြေအနေ ဖြစ်ပေါ်သည်။ ဤကိစ္စတွင် current ကို short circuit current (Isc) ဟုရည်ညွှန်းသည်။ ဒုတိယ limiting case မှာ R→∞ သို့မဟုတ် current သည် သုညဖြစ်သောအခါ ဖြစ်ပေါ်လာသော open-circuit အခြေအနေ (Voc) ဖြစ်သည်။ ပုံ 1e တွင် Voc သည် positive ဖြစ်ပြီး 50 K တွင်ရရှိသောရလဒ်နှင့် ဆန့်ကျင်ဘက်အနေဖြင့် အလင်းပြင်းအားတိုးလာသည်နှင့်အမျှ တိုးလာသည်ကို ရှင်းရှင်းလင်းလင်းပြသထားသည်။ negative Isc သည် အလင်းရောင်ထွန်းလင်းလာသည်နှင့်အမျှ ပမာဏတိုးလာသည်ကို တွေ့ရှိရပြီး ၎င်းသည် ပုံမှန် solar cell များ၏ ပုံမှန်အပြုအမူတစ်ခုဖြစ်သည်။

အလားတူပင်၊ လေဆာရောင်ခြည်ကို အီလက်ထရုတ်များမှ ဝေးလံသောနေရာများသို့ ချိန်ရွယ်သောအခါ၊ V(I) မျဉ်းကွေးသည် လေဆာပြင်းအားနှင့် မသက်ဆိုင်ဘဲ photovoltaic effect ပေါ်လာခြင်းမရှိပါ (ပုံ ၁f)။ 50 K တွင် တိုင်းတာမှုနှင့်ဆင်တူစွာ၊ IV မျဉ်းကွေးများသည် anode electrode ကို ဓါတ်ရောင်ခြည်ဖြင့် ထိတွေ့သောအခါ ဆန့်ကျင်ဘက်သို့ ရွေ့လျားသည် (ပုံ ၁g)။ နမူနာ၏ အနေအထားအမျိုးမျိုးတွင် လေဆာဖြင့် ထိတွေ့ထားသော 300 K တွင် ဤ YBCO-Ag paste စနစ်အတွက် ရရှိသော ဤရလဒ်အားလုံးသည် 50 K တွင် တွေ့ရှိရသော interface potential နှင့် ဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်ခြင်းနှင့် ကိုက်ညီပါသည်။

အီလက်ထရွန်အများစုသည် superconducting YBCO တွင် ၎င်း၏ အကူးအပြောင်းအပူချိန် Tc အောက်ရှိ Cooper အတွဲများတွင် စုပုံလာသည်။ သတ္တုလျှပ်ကူးပစ္စည်းတွင်ရှိနေစဉ် အီလက်ထရွန်အားလုံးသည် တစ်ခုတည်းသောပုံစံတွင် ရှိနေကြသည်။ သတ္တု-superconductor မျက်နှာပြင်အနီးတွင် တစ်ခုတည်းသော အီလက်ထရွန်များနှင့် Cooper အတွဲနှစ်ခုလုံးအတွက် သိပ်သည်းဆ gradient ကြီးမားသည်။ သတ္တုပစ္စည်းရှိ Majority-carrier တစ်ခုတည်းသော အီလက်ထရွန်များသည် superconductor ဧရိယာထဲသို့ ပျံ့နှံ့သွားမည်ဖြစ်ပြီး YBCO ဧရိယာရှိ majority-carrier Cooper အတွဲများသည် သတ္တုဧရိယာထဲသို့ ပျံ့နှံ့သွားမည်ဖြစ်သည်။ Cooper အတွဲများသည် အားသွင်းပိုများပြီး တစ်ခုတည်းသော အီလက်ထရွန်များထက် ရွေ့လျားနိုင်မှုပိုများသောကြောင့် YBCO မှ သတ္တုဧရိယာထဲသို့ ပျံ့နှံ့သွားသည်နှင့်အမျှ အပေါင်းလက္ခဏာဆောင်သော အက်တမ်များ ကျန်ရစ်ခဲ့ပြီး space charge ဧရိယာတွင် လျှပ်စစ်စက်ကွင်းတစ်ခု ဖြစ်ပေါ်လာသည်။ ဤလျှပ်စစ်စက်ကွင်း၏ ဦးတည်ရာကို ပုံ ၁d တွင် ပြထားသည်။ space charge ဧရိယာအနီးတွင် ဖြစ်ပေါ်လာသော photon illumination သည် eh အတွဲများကို ဖန်တီးနိုင်ပြီး ၎င်းတို့ကို ခွဲထုတ်ကာ reverse-bias ဦးတည်ရာဖြင့် photocurrent တစ်ခု ထုတ်လုပ်နိုင်သည်။ အီလက်ထရွန်များသည် တည်ဆောက်ထားသော လျှပ်စစ်စက်ကွင်းမှ ထွက်သွားသည်နှင့် ၎င်းတို့သည် အတွဲများအဖြစ် စုပုံပြီး အခြားလျှပ်ကူးပစ္စည်းသို့ ခုခံမှုမရှိဘဲ စီးဆင်းသွားသည်။ ဤကိစ္စတွင်၊ Voc သည် ကြိုတင်သတ်မှတ်ထားသော polarity နှင့် ဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်ပြီး လေဆာရောင်ခြည်သည် negative electrode အနီးတစ်ဝိုက်ရှိ ဧရိယာသို့ ညွှန်ပြသောအခါ negative တန်ဖိုးကို ပြသသည်။ Voc တန်ဖိုးမှ interface တစ်လျှောက်ရှိ potential ကို ခန့်မှန်းနိုင်သည်- voltage leads နှစ်ခုကြား အကွာအဝေး d သည် ~5 × 10−3 m ဖြစ်ပြီး၊ metal-superconductor interface ၏ အထူ၊ di သည် YBCO superconductor (~1 nm)19,20 ၏ coherence length နှင့် တူညီသင့်သည်၊ Voc = 0.03 mV တန်ဖိုးကိုယူပါ၊ metal-superconductor interface ရှိ potential Vms ကို 50 K တွင် laser intensity 502 mW/cm2 ဖြင့် ~10−11 V အဖြစ် အကဲဖြတ်ပြီး၊ equation ကို အသုံးပြု၍

ဤနေရာတွင် ဓာတ်ပုံမှဖြစ်ပေါ်လာသော ဗို့အားကို ဓာတ်ပုံအပူသက်ရောက်မှုဖြင့် ရှင်းပြ၍မရကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ အလေးပေးပြောကြားလိုပါသည်။ superconductor YBCO ၏ Seebeck coefficient သည် Ss = 021 ဖြစ်သည်ဟု စမ်းသပ်မှုအရ အတည်ပြုထားပြီးဖြစ်သည်။ ကြေးနီခဲဝါယာကြိုးများအတွက် Seebeck coefficient သည် SCu = 0.34–1.15 μV/K3 အတိုင်းအတာအတွင်း ရှိသည်။ လေဆာအစက်ရှိ ကြေးနီဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်ကို 50 K တွင် ရရှိနိုင်သော အမြင့်ဆုံးလေဆာပြင်းအားဖြင့် 0.06 K အနည်းငယ်ဖြင့် မြှင့်တင်နိုင်သည်။ ၎င်းသည် ပုံ ၁ (က) တွင်ရရှိသော Voc ထက် သုံးဆပိုသေးငယ်သော 6.9 × 10−8 V ၏ thermoelectric potential ကို ထုတ်လုပ်ပေးနိုင်သည်။ thermoelectric effect သည် စမ်းသပ်မှုရလဒ်များကို ရှင်းပြရန် အလွန်သေးငယ်လွန်းကြောင်း ထင်ရှားသည်။ အမှန်စင်စစ်၊ လေဆာ ရောင်ခြည်ကျရောက်မှုကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော အပူချိန်ပြောင်းလဲမှုသည် တစ်မိနစ်အတွင်း ပျောက်ကွယ်သွားမည်ဖြစ်သောကြောင့် thermal effect မှ ပံ့ပိုးမှုကို ဘေးကင်းစွာ လျစ်လျူရှုနိုင်သည်။

အခန်းအပူချိန်တွင် YBCO ၏ ဤ photovoltaic အကျိုးသက်ရောက်မှုက ဤနေရာတွင် မတူညီသော အားသွင်းခွဲထုတ်မှုယန္တရားတစ်ခု ပါဝင်ပတ်သက်နေကြောင်း ဖော်ပြသည်။ ပုံမှန်အခြေအနေတွင် Superconducting YBCO သည် အားသွင်းသယ်ဆောင်သူအဖြစ် အပေါက်များပါရှိသော p-type ပစ္စည်းဖြစ်ပြီး 22,23၊ သတ္တု Ag-paste တွင် n-type ပစ္စည်း၏ ဝိသေသလက္ခဏာများရှိသည်။ pn junctions များနှင့်ဆင်တူသည်မှာ ငွေအနှစ်တွင် အီလက်ထရွန်များပျံ့နှံ့ခြင်းနှင့် YBCO ကြွေထည်ရှိ အပေါက်များသည် interface ရှိ YBCO ကြွေထည်သို့ ညွှန်ပြသည့် internal electrical field ကို ဖွဲ့စည်းပေးလိမ့်မည် (ပုံ 1h)။ ပုံ 1e တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း အခန်းအပူချိန်တွင် YBCO-Ag အနှစ်စနစ်အတွက် ခွဲထုတ်အားကို ပေးစွမ်းပြီး အပေါင်း Voc နှင့် အနုတ် Isc သို့ ဦးတည်စေသည့် ဤ internal field ဖြစ်သည်။ တနည်းအားဖြင့် Ag-YBCO သည် အထက်တွင်တင်ပြထားသော မော်ဒယ်24 တွင်ကဲ့သို့ polarity တူညီသော interface potential ကို ဦးတည်စေသော p-type Schottky junction ကို ဖွဲ့စည်းနိုင်သည်။

YBCO ၏ superconducting အကူးအပြောင်းအတွင်း photovoltaic ဂုဏ်သတ္တိများ၏ အသေးစိတ်ဆင့်ကဲဖြစ်စဉ်ကို စုံစမ်းစစ်ဆေးရန်အတွက်၊ 80 K ရှိနမူနာ၏ IV curves များကို cathode electrode တွင် ထွန်းလင်းနေသော ရွေးချယ်ထားသော laser intensities များဖြင့် တိုင်းတာခဲ့သည် (ပုံ ၂)။ laser irradiation မပါဘဲ၊ နမူနာတစ်လျှောက် voltage သည် current မည်သို့ပင်ရှိစေကာမူ သုညတွင်ရှိနေမည်ဖြစ်ပြီး၊ 80 K ရှိနမူနာ၏ superconducting state ကိုညွှန်ပြသည် (ပုံ ၂က)။ 50 K တွင်ရရှိသော data နှင့်ဆင်တူသည်၊ I-axis နှင့်အပြိုင် IV curves များသည် critical value Pc ရောက်ရှိသည်အထိ laser intensity မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ အောက်သို့ရွေ့လျားသည်။ ဤ critical laser intensity (Pc) အထက်တွင်၊ superconductor သည် superconducting phase မှ resistive phase သို့ကူးပြောင်းသည်။ superconductor တွင် resistance ပေါ်လာခြင်းကြောင့် current နှင့်အတူ voltage မြင့်တက်လာသည်။ ရလဒ်အနေဖြင့်၊ IV curve သည် I-axis နှင့် V-axis နှင့် ဆုံတွေ့လာပြီး အစပိုင်းတွင် negative Voc နှင့် positive Isc ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ ယခုအခါ နမူနာသည် Voc နှင့် Isc ၏ polarity သည် အလင်း intensity ကို အလွန်အမင်းထိခိုက်လွယ်သည့် အထူးအခြေအနေတွင်ရှိနေပုံရသည်။ အလင်းပြင်းအား အလွန်နည်းပါးစွာ တိုးလာခြင်းဖြင့် Isc ကို အပေါင်းမှ အနုတ်သို့ ပြောင်းလဲပြီး Voc ကို အနုတ်မှ အပေါင်းတန်ဖိုးသို့ ပြောင်းလဲကာ မူလအစကို ဖြတ်သန်းသွားသည် (photovoltaic ဂုဏ်သတ္တိများ၊ အထူးသဖြင့် Isc ၏ တန်ဖိုးကို အလင်းအလင်းရောင်အပေါ် မြင့်မားသော အာရုံခံနိုင်စွမ်းကို ပုံ ၂ခ တွင် ပိုမိုရှင်းလင်းစွာ မြင်တွေ့နိုင်သည်)။ ရရှိနိုင်သော အမြင့်ဆုံးလေဆာပြင်းအားတွင် IV မျဉ်းကွေးများသည် တစ်ခုနှင့်တစ်ခု အပြိုင်ဖြစ်ရန် ရည်ရွယ်ထားပြီး YBCO နမူနာ၏ ပုံမှန်အခြေအနေကို ညွှန်ပြသည်။

လေဆာအစက်အပြောက်ဗဟိုကို ကက်သုတ်လျှပ်ကူးပစ္စည်းများပတ်လည်တွင် ထားရှိသည် (ပုံ 1i ကိုကြည့်ပါ)။ a၊ မတူညီသောလေဆာပြင်းထန်မှုဖြင့် ထိတွေ့ထားသော YBCO ၏ IV မျဉ်းကွေးများ။ b (အပေါ်)၊ open circuit voltage Voc နှင့် short circuit current Isc ၏ လေဆာပြင်းထန်မှုမှီခိုမှု။ နမူနာသည် superconducting အခြေအနေတွင်ရှိသောအခါ IV မျဉ်းကွေးများသည် I-axis နှင့်အပြိုင်ဖြစ်သောကြောင့် အလင်းနည်းသောပြင်းထန်မှု (< 110 mW/cm2) တွင် Isc တန်ဖိုးများကို ရယူ၍မရပါ။ b (အောက်ခြေ)၊ လေဆာပြင်းထန်မှု၏ function အဖြစ် differential resistance။

80 K တွင် Voc နှင့် Isc တို့၏ လေဆာပြင်းအား မှီခိုမှုကို ပုံ ၂ခ (အပေါ်) တွင် ပြသထားသည်။ photovoltaic ဂုဏ်သတ္တိများကို အလင်းပြင်းအား ဒေသသုံးခုတွင် ဆွေးနွေးနိုင်သည်။ ပထမဒေသသည် 0 နှင့် Pc အကြားတွင်ရှိပြီး YBCO သည် superconducting ဖြစ်ပြီး Voc သည် အနုတ်လက္ခဏာဆောင်ပြီး အလင်းပြင်းအားနှင့်အတူ လျော့ကျသည် (absolute value တိုးလာသည်) နှင့် Pc တွင် အနိမ့်ဆုံးသို့ ရောက်ရှိသည်။ ဒုတိယဒေသသည် Pc မှ အခြား critical intensity P0 သို့ဖြစ်ပြီး Voc တိုးလာပြီး Isc သည် အလင်းပြင်းအား မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ လျော့ကျပြီး နှစ်ခုစလုံးသည် P0 တွင် သုညသို့ ရောက်ရှိသည်။ YBCO ၏ ပုံမှန်အခြေအနေသို့ မရောက်မချင်း တတိယဒေသသည် P0 အထက်တွင်ရှိသည်။ Voc နှင့် Isc နှစ်မျိုးလုံးသည် ဒေသ ၂ တွင်ကဲ့သို့ပင် အလင်းပြင်းအားနှင့်အတူ ကွဲပြားသော်လည်း ၎င်းတို့တွင် critical intensity P0 အထက်တွင် ဆန့်ကျင်ဘက် polarity ရှိသည်။ P0 ၏ အရေးပါမှုသည် photovoltaic effect မရှိဘဲ ဤအချက်တွင် charge separation mechanism သည် အရည်အသွေးအရ ပြောင်းလဲသွားခြင်းတွင် တည်ရှိသည်။ YBCO နမူနာသည် ဤအလင်းပြင်းအားအပိုင်းအခြားတွင် non-superconducting ဖြစ်လာသော်လည်း ပုံမှန်အခြေအနေကို မရောက်ရှိသေးပါ။

ရှင်းနေသည်မှာ စနစ်၏ photovoltaic ဝိသေသလက္ခဏာများသည် YBCO ၏ superconductivity နှင့် ၎င်း၏ superconducting transition နှင့် နီးကပ်စွာ ဆက်စပ်နေပါသည်။ YBCO ၏ differential resistance, dV/dI ကို laser intensity ၏ function အဖြစ် ပုံ 2b (အောက်ခြေ) တွင် ပြသထားသည်။ အစောပိုင်းတွင် ဖော်ပြခဲ့သည့်အတိုင်း superconductor မှ သတ္တုသို့ Cooper pair diffusion points များကြောင့် interface တွင် build-in electric potential ဖြစ်သည်။ 50 K တွင် တွေ့ရှိရသည့်အတိုင်း photovoltaic effect သည် 0 မှ Pc အထိ laser intensity တိုးလာသည်နှင့်အမျှ မြင့်တက်လာသည်။ laser intensity သည် Pc အထက် အနည်းငယ်မြင့်သော တန်ဖိုးသို့ ရောက်ရှိသောအခါ၊ IV curve သည် tilt စတင်လာပြီး sample ၏ resistance ပေါ်လာသော်လည်း interface potential ၏ polarity သည် မပြောင်းလဲသေးပါ။ superconductivity အပေါ် optical excitation ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို visible သို့မဟုတ် near-IR region တွင် စုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့သည်။ အခြေခံလုပ်ငန်းစဉ်မှာ Cooper pairs များကို ဖြိုခွဲပြီး superconductivity ကို ဖျက်ဆီးရန်ဖြစ်သော်လည်း၊ အချို့ကိစ္စများတွင် superconductivity transition ကို မြှင့်တင်နိုင်သည်၊ superconductivity ၏ အဆင့်အသစ်များကိုပင် induce လုပ်နိုင်သည်၊30။ Pc မှာ superconductivity မရှိခြင်းကို photo-induced pair breaking ကြောင့်လို့ သတ်မှတ်နိုင်ပါတယ်။ P0 အမှတ်မှာ interface တစ်လျှောက် potential ဟာ သုညဖြစ်သွားပြီး interface ရဲ့ နှစ်ဖက်စလုံးမှာ charge density ဟာ အလင်းရဲ့ intensity အောက်မှာ တူညီတဲ့အဆင့်ကို ရောက်ရှိသွားတယ်ဆိုတာကို ညွှန်ပြနေပါတယ်။ laser intensity ထပ်မံမြင့်တက်လာခြင်းက Cooper pair တွေ ပိုမိုပျက်စီးစေပြီး YBCO ဟာ တဖြည်းဖြည်း p-type ပစ္စည်းအဖြစ် ပြန်လည်ပြောင်းလဲလာပါတယ်။ electron နဲ့ Cooper pair ပျံ့နှံ့မှုအစား interface ရဲ့ feature ကို electron နဲ့ hole ပျံ့နှံ့မှုကနေ ဆုံးဖြတ်ပြီး interface မှာ electrical field ရဲ့ polarity reversal ဖြစ်စေပြီး နောက်ဆက်တွဲအနေနဲ့ positive Voc ကို ဖြစ်ပေါ်စေပါတယ် (ပုံ 1d,h နဲ့ နှိုင်းယှဉ်ကြည့်ပါ)။ laser intensity အလွန်မြင့်မားတဲ့အခါ YBCO ရဲ့ differential resistance ဟာ normal state နဲ့ ကိုက်ညီတဲ့ တန်ဖိုးတစ်ခုအထိ ပြည့်ဝသွားပြီး Voc နဲ့ Isc နှစ်ခုစလုံးဟာ laser intensity နဲ့ linearly ကွဲပြားလေ့ရှိပါတယ် (ပုံ 2b)။ ဒီလေ့လာတွေ့ရှိချက်အရ normal state မှာ YBCO မှာ laser irradiation လုပ်ခြင်းဟာ သူ့ရဲ့ resistivity နဲ့ superconductor-metal interface ရဲ့ feature ကို မပြောင်းလဲတော့ဘဲ electron-hole pair တွေရဲ့ concentration ကိုပဲ တိုးစေတယ်လို့ ဖော်ပြပါတယ်။

photovoltaic ဂုဏ်သတ္တိများအပေါ် အပူချိန်၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို စုံစမ်းစစ်ဆေးရန်အတွက်၊ metal-superconductor စနစ်ကို intensity 502 mW/cm2 ရှိသော blue laser ဖြင့် cathode တွင် ထိတွေ့စေခဲ့သည်။ 50 မှ 300 K အကြား ရွေးချယ်ထားသော အပူချိန်များတွင် ရရှိသော IV curves များကို ပုံ 3a တွင် ဖော်ပြထားသည်။ ထို့နောက် open circuit voltage Voc၊ short circuit current Isc နှင့် differential resistance တို့ကို ဤ IV curves များမှ ရယူနိုင်ပြီး ပုံ 3b တွင် ပြသထားသည်။ အလင်းရောင် အလင်းရောင် မရှိဘဲ၊ မတူညီသော အပူချိန်များတွင် တိုင်းတာထားသော IV curves အားလုံးသည် မျှော်လင့်ထားသည့်အတိုင်း မူလအစကို ဖြတ်သန်းသွားသည် (ပုံ 3a ၏ အတွင်းပုံ)။ စနစ်ကို နှိုင်းရ အားကောင်းသော laser beam (502 mW/cm2) ဖြင့် အလင်းပေးသောအခါ IV ဝိသေသလက္ခဏာများသည် အပူချိန် မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ သိသိသာသာ ပြောင်းလဲသွားသည်။ အပူချိန် နိမ့်သောအခါ IV curves များသည် Voc ၏ အနုတ်တန်ဖိုးများရှိသော I-axis နှင့် ပြိုင်တူ ဖြောင့်တန်းသော မျဉ်းဖြောင့်များ ဖြစ်သည်။ ဤ curve သည် အပူချိန် မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ အပေါ်သို့ ရွေ့လျားပြီး critical temperature Tcp တွင် သုညမဟုတ်သော slope ရှိသော မျဉ်းတစ်ကြောင်းအဖြစ် တဖြည်းဖြည်း ပြောင်းလဲသွားသည် (ပုံ 3a (အပေါ်))။ IV characteristic curves အားလုံးသည် တတိယ quadrant ရှိ အမှတ်တစ်ခုတွင် လည်ပတ်နေပုံရသည်။ Voc သည် အနုတ်တန်ဖိုးမှ အပေါင်းတန်ဖိုးသို့ တိုးလာပြီး Isc သည် အပေါင်းတန်ဖိုးမှ အနုတ်တန်ဖိုးသို့ လျော့ကျသွားသည်။ YBCO ၏ မူလ superconducting transition temperature Tc အထက်တွင် IV curve သည် အပူချိန်နှင့်အတူ အတော်လေးကွဲပြားစွာ ပြောင်းလဲသည် (ပုံ 3a ၏အောက်ခြေ)။ ပထမဦးစွာ၊ IV curves များ၏ rotation center သည် ပထမ quadrant သို့ ရွေ့လျားသည်။ ဒုတိယအနေဖြင့်၊ Voc သည် ဆက်လက်လျော့ကျနေပြီး Isc သည် အပူချိန်တိုးလာသည်နှင့်အမျှ တိုးလာသည် (ပုံ 3b ၏အပေါ်)။ တတိယအနေဖြင့်၊ IV curves များ၏ slope သည် အပူချိန်နှင့်အတူ linearly တိုးလာပြီး YBCO အတွက် positive temperature resistance coefficient of resistance ကို ဖြစ်ပေါ်စေသည် (ပုံ 3b ၏အောက်ခြေ)။

502 mW/cm2 လေဆာအလင်းရောင်အောက်ရှိ YBCO-Ag ငါးပိစနစ်အတွက် photovoltaic ဝိသေသလက္ခဏာများ၏ အပူချိန်မှီခိုမှု။

လေဆာအစက်အပြောက်ဗဟိုကို ကက်သုတ်လျှပ်ကူးပစ္စည်းများပတ်လည်တွင် ထားရှိသည် (ပုံ ၁i ကိုကြည့်ပါ)။ a၊ 50 မှ 90 K (အပေါ်) နှင့် 100 မှ 300 K (အောက်) အထိ အပူချိန် 5 K နှင့် 20 K အသီးသီးတိုးမြင့်မှုဖြင့် ရရှိသော IV မျဉ်းကွေးများ။ ထည့်သွင်းထားသော a သည် မှောင်မိုက်သောအပူချိန်များစွာတွင် IV ဝိသေသလက္ခဏာများကို ပြသထားသည်။ မျဉ်းကွေးအားလုံးသည် မူလအမှတ်ကို ဖြတ်ကျော်သည်။ b၊ open circuit voltage Voc နှင့် short circuit current Isc (အပေါ်) နှင့် အပူချိန်၏ function အဖြစ် YBCO (အောက်) ၏ differential resistance, dV/dI။ သုညခုခံမှု superconducting transition temperature Tcp ကို Tc0 နှင့် အလွန်နီးကပ်သောကြောင့် မပေးထားပါ။

ပုံ ၃ခ မှ အရေးကြီးသော အပူချိန်သုံးမျိုးကို ခွဲခြားသိရှိနိုင်သည်- Tcp၊ ၎င်းအထက်တွင် YBCO သည် superconducting မဟုတ်တော့ပါ။ Tc0၊ ၎င်းတွင် Voc နှင့် Isc နှစ်မျိုးလုံး သုညဖြစ်လာပြီး လေဆာ ထိတွေ့မှုမရှိဘဲ YBCO ၏ မူလ onset superconducting transition အပူချိန် Tc ဖြစ်သည်။ Tcp ~ 55 K အောက်တွင်၊ လေဆာ ထိတွေ့မှုပြုလုပ်ထားသော YBCO သည် superconducting အခြေအနေတွင်ရှိပြီး Cooper pair များ၏ မြင့်မားသော ပါဝင်မှုရှိသည်။ လေဆာ ထိတွေ့မှု၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုမှာ photovoltaic voltage နှင့် current ကို ထုတ်လုပ်ခြင်းအပြင် Cooper pair ၏ ပါဝင်မှုကို လျှော့ချခြင်းဖြင့် သုည resistance superconducting transition အပူချိန်ကို 89 K မှ ~55 K (ပုံ ၃ခ ၏ အောက်ခြေ) သို့ လျှော့ချခြင်းဖြစ်သည်။ အပူချိန်မြင့်တက်လာခြင်းသည် Cooper pair များကိုလည်း ပြိုကွဲစေပြီး interface တွင် potential နိမ့်ကျစေသည်။ ထို့ကြောင့် Voc ၏ absolute value သည် သေးငယ်လာမည်ဖြစ်သော်လည်း laser illumination ၏ intensity တူညီသည်။ interface potential သည် အပူချိန် ထပ်မံမြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ သေးငယ်လာပြီး Tc0 တွင် သုညသို့ ရောက်ရှိသည်။ photo-induced electron-hole pair များကို ခွဲခြားရန် internal field မရှိသောကြောင့် ဤအထူးအချက်တွင် photovoltaic effect မရှိပါ။ ဤအရေးပါသောအပူချိန်အထက်တွင် Ag paste ရှိ free charge density သည် YBCO ထက်ပိုမိုများပြားသောကြောင့် potential ၏ polarity reversal ဖြစ်ပေါ်ပြီး ၎င်း potential ကို p-type ပစ္စည်းသို့ တဖြည်းဖြည်းပြန်လည်လွှဲပြောင်းပေးပါသည်။ ဤနေရာတွင် Voc နှင့် Isc ၏ polarity reversal သည် transition ၏အကြောင်းရင်းမည်သို့ပင်ရှိစေကာမူ zero resistance superconducting transition ပြီးနောက်ချက်ချင်းဖြစ်ပေါ်ကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့အလေးပေးပြောကြားလိုပါသည်။ ဤလေ့လာတွေ့ရှိချက်သည် superconductivity နှင့် metal-superconductor interface potential နှင့်ဆက်စပ်နေသော photovoltaic effects များအကြား correlation ကို ပထမဆုံးအကြိမ်အဖြစ် ရှင်းရှင်းလင်းလင်းဖော်ပြသည်။ superconductor-normal metal interface တစ်လျှောက်တွင် ဤ potential ၏သဘောသဘာဝသည် လွန်ခဲ့သောဆယ်စုနှစ်များစွာကတည်းက သုတေသနအာရုံစိုက်မှုတစ်ခုဖြစ်ခဲ့သော်လည်း အဖြေပေးရန်စောင့်ဆိုင်းနေရသောမေးခွန်းများစွာရှိပါသည်။ photovoltaic effect ကိုတိုင်းတာခြင်းသည် ဤအရေးကြီးသော potential ၏အသေးစိတ်အချက်အလက်များ (၎င်း၏အစွမ်းသတ္တိနှင့် polarity စသည်ဖြင့်) ကိုစူးစမ်းလေ့လာရန်အတွက် ထိရောက်သောနည်းလမ်းတစ်ခုဖြစ်နိုင်ပြီး ထို့ကြောင့် အပူချိန်မြင့် superconducting proximity effect ကိုအလင်းပြပေးနိုင်ပါသည်။

Tc0 မှ Tc သို့ အပူချိန်ထပ်မံတိုးလာခြင်းကြောင့် Cooper pair များ၏ အာရုံစူးစိုက်မှု နည်းပါးလာပြီး interface potential မြင့်တက်လာကာ Voc ပိုများလာသည်။ Tc တွင် Cooper pair ၏ အာရုံစူးစိုက်မှုမှာ သုညဖြစ်လာပြီး interface တွင် build-in potential သည် အမြင့်ဆုံးသို့ရောက်ရှိပြီး အမြင့်ဆုံး Voc နှင့် အနိမ့်ဆုံး Isc ကို ရရှိသည်။ ဤအပူချိန်အပိုင်းအခြားတွင် Voc နှင့် Isc (absolute value) လျင်မြန်စွာတိုးလာခြင်းသည် ΔT ~ 3 K မှ ~34 K အထိ intensity 502 mW/cm2 ၏ laser irradiation ဖြင့် ကျယ်ပြန့်လာသော superconducting transition နှင့် ကိုက်ညီသည် (ပုံ 3b)။ Tc အထက်ရှိ ပုံမှန်အခြေအနေများတွင် open circuit voltage Voc သည် အပူချိန်နှင့်အတူ လျော့ကျသွားသည် (ပုံ 3b ၏ အပေါ်)၊ pn junctions31,32,33 ပေါ်တွင် အခြေခံထားသော ပုံမှန် solar cell များအတွက် Voc ၏ linear behavior နှင့် ဆင်တူသည်။ အပူချိန်နှင့်အတူ Voc ၏ ပြောင်းလဲမှုနှုန်း (−dVoc/dT) သည် လေဆာပြင်းအားပေါ်တွင် များစွာမူတည်သော်လည်း ပုံမှန်ဆိုလာဆဲလ်များထက် များစွာသေးငယ်သော်လည်း YBCO-Ag junction အတွက် Voc ၏ အပူချိန်ကိန်းဂဏန်းသည် ဆိုလာဆဲလ်များနှင့် ပမာဏတူညီသည်။ ပုံမှန်ဆိုလာဆဲလ်ကိရိယာအတွက် pn junction ၏ ယိုစိမ့်စီးကြောင်းသည် အပူချိန်တိုးလာသည်နှင့်အမျှ တိုးလာပြီး အပူချိန်တိုးလာသည်နှင့်အမျှ Voc လျော့ကျစေသည်။ ဤ Ag-superconductor စနစ်အတွက် တွေ့ရှိရသည့် linear IV curves များသည် ပထမဦးစွာ အလွန်သေးငယ်သော interface potential နှင့် ဒုတိယအနေဖြင့် heterojunction နှစ်ခု၏ back-to-back ချိတ်ဆက်မှုကြောင့် ယိုစိမ့်စီးကြောင်းဆုံးဖြတ်ရန် ခက်ခဲစေသည်။ သို့သော်လည်း ကျွန်ုပ်တို့၏စမ်းသပ်မှုတွင် တွေ့ရှိရသည့် Voc အပြုအမူအတွက် ယိုစိမ့်စီးကြောင်း၏ အပူချိန်မှီခိုမှုတူညီခြင်းသည် တာဝန်ရှိနိုင်ခြေ အလွန်များပါသည်။ အဓိပ္ပာယ်ဖွင့်ဆိုချက်အရ Isc သည် စုစုပေါင်းဗို့အားကို သုညဖြစ်စေရန် Voc ကို လျော်ကြေးပေးရန် အနုတ်လက္ခဏာဗို့အားထုတ်လုပ်ရန် လိုအပ်သော လျှပ်စီးကြောင်းဖြစ်သည်။ အပူချိန်တိုးလာသည်နှင့်အမျှ Voc သည် သေးငယ်လာသောကြောင့် အနုတ်လက္ခဏာဗို့အားထုတ်လုပ်ရန် လျှပ်စီးကြောင်းနည်းပါးလာပါသည်။ ထို့အပြင်၊ YBCO ၏ ခုခံမှုသည် Tc အထက် အပူချိန်နှင့်အတူ မျဉ်းဖြောင့်အတိုင်း တိုးလာသည် (ပုံ ၃ခ ၏ အောက်ခြေ)၊ ၎င်းသည် မြင့်မားသော အပူချိန်များတွင် Isc ၏ ပကတိတန်ဖိုးကို သေးငယ်စေရန်လည်း ပံ့ပိုးပေးသည်။

ပုံ ၂၊၃ တွင်ဖော်ပြထားသောရလဒ်များကို cathode electrodes များပတ်လည်ရှိဧရိယာတွင် laser irradiation ဖြင့်ရရှိကြောင်းသတိပြုပါ။ anode တွင် laser spot ထားရှိပြီး တိုင်းတာမှုများကိုလည်း ထပ်ခါတလဲလဲပြုလုပ်ခဲ့ပြီး အလားတူ IV ဝိသေသလက္ခဏာများနှင့် photovoltaic ဂုဏ်သတ္တိများကို ဤကိစ္စတွင် Voc နှင့် Isc ၏ polarity ကို ပြောင်းပြန်လှန်ထားသည်မှလွဲ၍ တွေ့ရှိရသည်။ ဤဒေတာအားလုံးသည် superconductor-metal interface နှင့်နီးကပ်စွာဆက်စပ်နေသော photovoltaic effect အတွက်ယန္တရားတစ်ခုဆီသို့ ဦးတည်စေသည်။

အကျဉ်းချုပ်အားဖြင့်၊ လေဆာဖြင့် ထိတွေ့စေသော superconducting YBCO-Ag ငါးပိစနစ်၏ IV ဝိသေသလက္ခဏာများကို အပူချိန်နှင့် လေဆာပြင်းထန်မှု၏ လုပ်ဆောင်ချက်များအဖြစ် တိုင်းတာခဲ့သည်။ ၅၀ မှ ၃၀၀ K အထိ အပူချိန်အတိုင်းအတာတွင် ထူးခြားသော photovoltaic အကျိုးသက်ရောက်မှုကို တွေ့ရှိခဲ့ရသည်။ photovoltaic ဂုဏ်သတ္တိများသည် YBCO ကြွေထည်များ၏ superconductivity နှင့် အပြင်းအထန် ဆက်စပ်နေသည်ကို တွေ့ရှိရသည်။ Voc နှင့် Isc ၏ polarity ပြောင်းပြန်ဖြစ်ခြင်းသည် photo-induced superconducting မှ non-superconducting အကူးအပြောင်းပြီးနောက် ချက်ချင်းဖြစ်ပေါ်သည်။ fixed laser intensity တွင် တိုင်းတာထားသော Voc နှင့် Isc ၏ အပူချိန်မှီခိုမှုသည် နမူနာသည် resistive ဖြစ်လာသည့် အရေးပါသော အပူချိန်တွင် ထူးခြားသော polarity ပြောင်းပြန်ဖြစ်မှုကိုလည်း ပြသသည်။ လေဆာအစက်ကို နမူနာ၏ မတူညီသော အစိတ်အပိုင်းသို့ ထားခြင်းဖြင့်၊ interface တစ်လျှောက်တွင် electrical potential ရှိကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ ပြသပြီး ၎င်းသည် photo-induced electron-hole pairs များအတွက် ခွဲထုတ်အားကို ပေးပါသည်။ ဤ interface potential သည် YBCO သည် superconducting ဖြစ်သောအခါ YBCO မှ metal electrode သို့ ဦးတည်ပြီး နမူနာသည် nonsuperconducting ဖြစ်လာသောအခါ ဆန့်ကျင်ဘက် ဦးတည်ချက်သို့ ပြောင်းသွားသည်။ YBCO သည် superconducting ဖြစ်သောအခါ metal-superconductor interface ရှိ proximity effect နှင့် သဘာဝအတိုင်း ဆက်စပ်နေနိုင်ပြီး 50 K တွင် ~10−8 mV ရှိပြီး laser intensity 502 mW/cm2 ရှိသည်ဟု ခန့်မှန်းရသည်။ ပုံမှန်အခြေအနေတွင် p-type ပစ္စည်း YBCO နှင့် n-type ပစ္စည်း Ag-paste ထိတွေ့မှုသည် quasi-pn junction ကို ဖွဲ့စည်းပေးပြီး မြင့်မားသောအပူချိန်များတွင် YBCO ကြွေထည်များ၏ photovoltaic အပြုအမူအတွက် တာဝန်ရှိသည်။ အထက်ဖော်ပြပါ လေ့လာတွေ့ရှိချက်များသည် မြင့်မားသောအပူချိန် superconducting YBCO ကြွေထည်များတွင် PV effect ကို အလင်းပြပေးပြီး fast passive light detector နှင့် single photon detector ကဲ့သို့သော optoelectronic devices များတွင် application အသစ်များဆီသို့ လမ်းခင်းပေးသည်။

photovoltaic effect စမ်းသပ်မှုများကို 0.52 mm အထူနှင့် 8.64 × 2.26 mm2 ထောင့်မှန်ပုံသဏ္ဌာန်ရှိသော YBCO ကြွေနမူနာပေါ်တွင် ပြုလုပ်ခဲ့ပြီး အချင်းဝက်တွင် 1.25 mm ၏ laser spot အရွယ်အစားရှိသော continuous wave blue-laser (λ = 450 nm) ဖြင့် အလင်းပေးခဲ့သည်။ thin film sample အစား bulk ကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် substrate6,7 ၏ ရှုပ်ထွေးသော သြဇာလွှမ်းမိုးမှုကို ကိုင်တွယ်ဖြေရှင်းရန်မလိုဘဲ superconductor ၏ photovoltaic ဂုဏ်သတ္တိများကို လေ့လာနိုင်စေပါသည်။ ထို့အပြင်၊ bulk material သည် ၎င်း၏ ရိုးရှင်းသော ပြင်ဆင်မှုလုပ်ငန်းစဉ်နှင့် ကုန်ကျစရိတ်နည်းပါးခြင်းအတွက် အထောက်အကူဖြစ်စေနိုင်သည်။ ကြေးနီခဲဝါယာကြိုးများကို YBCO နမူနာပေါ်တွင် ငွေအနှစ်ဖြင့် တွယ်ဆက်ထားပြီး အချင်း 1 mm ခန့်ရှိသော စက်ဝိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေးခုကို ဖွဲ့စည်းထားသည်။ voltage electrodes နှစ်ခုကြား အကွာအဝေးမှာ 5 mm ခန့်ရှိသည်။ နမူနာ၏ IV ဝိသေသလက္ခဏာများကို quartz crystal window ပါရှိသော vibration sample magnetometer (VersaLab, Quantum Design) ကို အသုံးပြု၍ တိုင်းတာခဲ့သည်။ IV curves များကိုရရှိရန် standard four-wire နည်းလမ်းကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ electrodes များနှင့် laser spot ၏ relative positions များကို Fig. 1i တွင် ပြသထားသည်။

ဤဆောင်းပါးကို မည်သို့ကိုးကားရမည်နည်း- Yang၊ F. et al. မူလအစတွင် photovoltaic effect သည် superconducting YBa2Cu3O6.96 ceramics ဖြစ်သည်။ Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015)။

Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR YBa2Cu3O7 တွင် Symmetry-forbidden laser-induced voltages များ . Phys. Rev. B 41, 11564–11567 (1990).

Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Y-Ba-Cu-O ရှိ ပုံမှန်မဟုတ်သော photovoltaic signal ၏ မူလအစ။ Phys. Rev. B 43, 6270–6272 (1991).

Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW စူပါကွန်ဒတ်တာ Bi-Sr-Ca-Cu-O ၏ လေဆာဖြင့် လှုံ့ဆော်ပေးသော ဗို့အားများကို တိုင်းတာခြင်း။ Phys. Rev. B 46, 5773–5776 (1992)။

Tate၊ KL၊ et al. YBa2Cu3O7-x ၏ အခန်းအပူချိန်ဖလင်များတွင် လေဆာဖြင့် လှုံ့ဆော်ပေးသော ယာယီဗို့အားများ။ J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).

Kwok, HS & Zheng, JP YBa2Cu3O7 တွင် ပုံမှန်မဟုတ်သော photovoltaic တုံ့ပြန်မှု။ Phys. Rev. B 46, 3692–3695 (1992).

Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. အောက်ဆိုဒ် heterostructure တွင် YBa2Cu3O7−x သို့ ဓာတ်ပုံထုတ်လုပ်ထားသော အပေါက်သယ်ဆောင်သူထိုးသွင်းခြင်း။ Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).

Asakura, D. et al. အလင်းရောင်အောက်တွင် YBa2Cu3Oy အလွှာပါးများ၏ ဓာတ်ပုံထုတ်လွှင့်မှု လေ့လာမှု။ Phys. Rev. Lett. 93, 247006 (2004).

Yang၊ F. et al. မတူညီသော အောက်ဆီဂျင် တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း ဖိအားတွင် အပူပေးထားသော YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction ၏ photovoltaic effect။ Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).

Aminov၊ BA et al. Yb(Y)Ba2Cu3O7-x တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲများရှိ Two-Gap ဖွဲ့စည်းပုံ။ J. Supercond. 7, 361–365 (1994)။

Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. ကွဲပြားခြားနားသော ကွာပ်ဖွဲ့စည်းပုံများပါရှိသော စူပါကွန်ဒတ်တာများတွင် Quasiparticle ပြေလျော့မှု ဒိုင်းနမစ်- YBa2Cu3O7-δ ပေါ်ရှိ သီအိုရီနှင့် စမ်းသပ်ချက်များ။ Phys. Rev. B 59, 1497–1506 (1999)။

Sun၊ JR၊ Xiong၊ CM၊ Zhang၊ YZ & Shen၊ BG YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction ၏ ပြုပြင်ပေးသော ဂုဏ်သတ္တိများ။ Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005)။

Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB YBa2Cu3O7-δ တွင် Excitonic absorption နှင့် superconductivity။ Phys. Rev. Lett. 59, 919–922 (1987)။

Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. YBa2Cu3O6.3 ၏ semiconducting single crystals များတွင် ယာယီ photoinduced conductivity- photoinduced metallic state နှင့် photoinduced superconductivity ကို ရှာဖွေခြင်း။ Solid State Commun. 72, 345–349 (1989)။

McMillan၊ WL စူပါကွန်ဒတ်လုပ်ခြင်း နီးကပ်မှုအကျိုးသက်ရောက်မှု၏ ဥမင်လိုဏ်ခေါင်းပုံစံ။ Phys. Rev. 175, 537–542 (1968)။

Guéron၊ S. et al. မီဆိုစကုပ်အလျားစကေးတွင် စမ်းသပ်ထားသော စူပါကွန်ဒတ်တင်းနီးကပ်မှုအကျိုးသက်ရောက်မှု။ Phys. Rev. Lett. 77, 3025–3028 (1996).

Annunziata, G. & Manske, D. ဗဟိုမညီမျှသော စူပါကွန်ဒတ်တာများနှင့် နီးကပ်မှုအကျိုးသက်ရောက်မှု။ Phys. Rev. B 86, 17514 (2012)။

Qu, FM et al. Pb-Bi2Te3 ပေါင်းစပ်ဖွဲ့စည်းပုံများတွင် အားကောင်းသော superconducting proximity effect။ Sci. Rep. 2, 339 (2012).

Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL နေရောင်ခြည်စွမ်းအင်ကို လျှပ်စစ်စွမ်းအင်အဖြစ်ပြောင်းလဲပေးသည့် ဆီလီကွန် pn junction photocell အသစ်။ J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).

Tomimoto၊ K. Zn- သို့မဟုတ် Ni-doped YBa2Cu3O6.9 single crystals များတွင် superconducting coherence length အပေါ် မသန့်စင်မှု၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုများ။ Phys. Rev. B 60, 114–117 (1999)။

Ando၊ Y. & Segawa၊ K. ကျယ်ပြန့်သော doping အမျိုးမျိုးတွင် Untwinned YBa2Cu3Oy single crystals များ၏ Magnetoresistance- coherence length ၏ ပုံမှန်မဟုတ်သော hole-doping မှီခိုမှု။ Phys. Rev. Lett. 88, 167005 (2002)။

Obertelli၊ SD & Cooper၊ JR မြင့်မားသော T၊ အောက်ဆိုဒ်များ၏ အပူလျှပ်စစ်စွမ်းအားတွင် Systematics။ Phys. Rev. B 46, 14928–14931, (1992)။

Sugai၊ S. et al. p-type high-Tc superconductor များတွင် coherent peak နှင့် LO phonon mode ၏ Carrier-density-dependent momentum shift။ Phys. Rev. B 68, 184504 (2003)။

Nojima၊ T. et al. လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒနည်းပညာကို အသုံးပြု၍ YBa2Cu3Oy အလွှာပါးများတွင် အပေါက်လျှော့ချခြင်းနှင့် အီလက်ထရွန်စုဆောင်းခြင်း- n-type သတ္တုအခြေအနေအတွက် အထောက်အထား။ Phys. Rev. B 84, 020502 (2011)။

Tung, RT Schottky အတားအဆီးအမြင့်၏ ရူပဗေဒနှင့် ဓာတုဗေဒ။ Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).

Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN စူပါကွန်ဒတ်ဒင်းဖလင်များတွင် ဒိုင်းနမစ် ပြင်ပအတွဲပြိုကွဲခြင်း၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုများ။ Phys. Rev. Lett. 33, 215–219 (1974)။

Nieva၊ G. et al. စူပါကွန်ဒတ်ဗစ်တီဗ်၏ ဓာတ်ပုံဖြင့် မြှင့်တင်ခြင်း။ Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).

Kudinov၊ VI et al. သတ္တုနှင့် superconducting အဆင့်များဆီသို့ photodoping နည်းလမ်းတစ်ခုအနေဖြင့် YBa2Cu3O6+x ရုပ်ရှင်များတွင် persistent photoconductivity။ Phys. Rev. B 14, 9017–9028 (1993).

Mankowsky၊ R. et al. YBa2Cu3O6.5 တွင် မြှင့်တင်ထားသော superconductivity အတွက် အခြေခံအဖြစ် Nonlinear lattice dynamics။ Nature 516၊ 71–74 (2014)။

Fausti၊ D. et al. အစင်းလိုက်စီစဉ်ထားသော cuprate တွင် အလင်းဖြင့်လှုံ့ဆော်သော superconductivity။ Science 331၊ 189–191 (2011)။

El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA ဆိုလာဆဲလ်အတွက် VOC ၏ အပူချိန်လုပ်ဆောင်ချက်ဆိုင်ရာ မှီခိုမှု။ ရေချိုပြုလုပ်ခြင်း ၂၀၉၊ ၉၁–၉၆ (၂၀၀၇)။

Vernon, SM & Anderson, WA Schottky-barrier silicon ဆိုလာဆဲလ်များရှိ အပူချိန်အကျိုးသက်ရောက်မှုများ။ Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975)။

Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM လည်ပတ်မှုအခြေအနေများအောက်တွင် polymer-fullerene ဆိုလာဆဲလ်များ၏ photovoltaic device parameters များအတွက် အပူချိန်မှီခိုမှု။ J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).

ဤလုပ်ငန်းကို တရုတ်နိုင်ငံ အမျိုးသားသဘာဝသိပ္ပံဖောင်ဒေးရှင်း (ထောက်ပံ့ငွေအမှတ် 60571063)၊ တရုတ်နိုင်ငံ၊ ဟီနန်ပြည်နယ်၏ အခြေခံသုတေသနစီမံကိန်းများ (ထောက်ပံ့ငွေအမှတ် 122300410231) မှ ပံ့ပိုးပေးထားပါသည်။

FY က စာတမ်းရဲ့ စာသားကို ရေးသားခဲ့ပြီး MYH က YBCO ကြွေထည်နမူနာကို ပြင်ဆင်ခဲ့ပါတယ်။ FY နဲ့ MYH က စမ်းသပ်ချက်ကို လုပ်ဆောင်ပြီး ရလဒ်တွေကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာခဲ့ပါတယ်။ FGC က ဒီစီမံကိန်းနဲ့ အချက်အလက်တွေရဲ့ သိပ္ပံနည်းကျ အဓိပ္ပာယ်ဖွင့်ဆိုချက်ကို ဦးဆောင်ခဲ့ပါတယ်။ စာရေးသူအားလုံးက လက်ရေးစာမူကို ပြန်လည်သုံးသပ်ခဲ့ကြပါတယ်။

ဤလုပ်ငန်းကို Creative Commons Attribution 4.0 International License အောက်တွင် လိုင်စင်ချထားပေးထားသည်။ ဤဆောင်းပါးရှိ ရုပ်ပုံများ သို့မဟုတ် အခြားပြင်ပပစ္စည်းများကို ခရက်ဒစ်လိုင်းတွင် အခြားနည်းဖြင့် မဖော်ပြထားပါက ဆောင်းပါး၏ Creative Commons လိုင်စင်တွင် ထည့်သွင်းထားသည်။ ပစ္စည်းကို Creative Commons လိုင်စင်အောက်တွင် မထည့်သွင်းပါက အသုံးပြုသူများသည် ပစ္စည်းကို ပြန်လည်ထုတ်လုပ်ရန်အတွက် လိုင်စင်ပိုင်ရှင်ထံမှ ခွင့်ပြုချက်ရယူရန် လိုအပ်ပါသည်။ ဤလိုင်စင်မိတ္တူကို ကြည့်ရှုရန် http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ သို့ ဝင်ရောက်ကြည့်ရှုပါ။

Yang, F., Han, M. & Chang, F. စူပါကွန်ဒတ်တာ YBa2Cu3O6.96 ကြွေထည်များတွင် photovoltaic အကျိုးသက်ရောက်မှု၏ မူလအစ။ Sci Rep 5, 11504 (2015)။ https://doi.org/10.1038/srep11504

မှတ်ချက်တစ်ခု တင်သွင်းခြင်းဖြင့် ကျွန်ုပ်တို့၏ စည်းကမ်းချက်များနှင့် အသိုင်းအဝိုင်းလမ်းညွှန်ချက်များကို လိုက်နာရန် သင်သဘောတူပါသည်။ ရိုင်းစိုင်းသော သို့မဟုတ် ကျွန်ုပ်တို့၏ စည်းကမ်းချက်များ သို့မဟုတ် လမ်းညွှန်ချက်များနှင့် မကိုက်ညီသော အရာတစ်ခုခုကို သင်တွေ့ရှိပါက မသင့်လျော်ဟု အလံပြပါ။