nature.com ను సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు CSS కు పరిమిత మద్దతు ఉన్న బ్రౌజర్ వెర్షన్ను ఉపయోగిస్తున్నారు. ఉత్తమ అనుభవాన్ని పొందడానికి, మీరు మరింత నవీకరించబడిన బ్రౌజర్ను ఉపయోగించాలని (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్ప్లోరర్లో కంపాటిబిలిటీ మోడ్ను ఆఫ్ చేయాలని) మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము. ఈలోగా, మద్దతు కొనసాగేలా చూసేందుకు, మేము ఈ సైట్ను స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా ప్రదర్శిస్తున్నాము.
మేము YBa2Cu3O6.96 (YBCO) సిరామిక్లో 50 మరియు 300 K మధ్య నీలి-లేజర్ కాంతి ప్రసరణ ద్వారా ప్రేరేపించబడిన ఒక విశేషమైన ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాన్ని నివేదిస్తున్నాము, ఇది YBCO యొక్క సూపర్కండక్టివిటీకి మరియు YBCO-లోహ ఎలక్ట్రోడ్ ఇంటర్ఫేస్కు నేరుగా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. YBCO సూపర్కండక్టింగ్ నుండి రెసిస్టివ్ స్థితికి మారినప్పుడు, ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc మరియు షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ Isc లలో ధ్రువణ విలోమం జరుగుతుంది. సూపర్కండక్టర్-సాధారణ లోహ ఇంటర్ఫేస్ అంతటా ఒక విద్యుత్ పొటెన్షియల్ ఉంటుందని మేము చూపిస్తున్నాము, ఇది కాంతి-ప్రేరిత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలకు వేరుచేసే బలాన్ని అందిస్తుంది. YBCO సూపర్కండక్టింగ్గా ఉన్నప్పుడు ఈ ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ YBCO నుండి లోహ ఎలక్ట్రోడ్ వైపు మళ్ళించబడుతుంది మరియు YBCO నాన్సూపర్కండక్టింగ్గా మారినప్పుడు వ్యతిరేక దిశకు మారుతుంది. YBCO సూపర్కండక్టింగ్గా ఉన్నప్పుడు లోహ-సూపర్కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ వద్ద సామీప్య ప్రభావంతో ఈ పొటెన్షియల్ యొక్క మూలాన్ని సులభంగా అనుబంధించవచ్చు మరియు 502 mW/cm2 లేజర్ తీవ్రతతో 50 K వద్ద దాని విలువ ~10–8 mV గా అంచనా వేయబడింది. సాధారణ స్థితిలో ఉన్న p-రకం పదార్థమైన YBCOను, n-రకం పదార్థమైన Ag-పేస్ట్తో కలపడం వల్ల ఒక క్వాసీ-pn జంక్షన్ ఏర్పడుతుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద YBCO సిరామిక్స్ యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రవర్తనకు ఇదే కారణం. మా పరిశోధనలు ఫోటాన్-ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల కొత్త అనువర్తనాలకు మార్గం సుగమం చేయవచ్చు మరియు సూపర్కండక్టర్-లోహ ఇంటర్ఫేస్ వద్ద సామీప్య ప్రభావంపై మరింత వెలుగునివ్వవచ్చు.
అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్లలో కాంతి ప్రేరిత వోల్టేజ్ గురించి 1990ల ప్రారంభంలో నివేదించబడింది మరియు అప్పటి నుండి విస్తృతంగా పరిశోధించబడింది, అయినప్పటికీ దాని స్వభావం మరియు యంత్రాంగం ఇంకా అస్పష్టంగానే ఉన్నాయి¹,²,³,⁴,⁵. ముఖ్యంగా, YBa₂Cu₃O₇-δ (YBCO) పలుచని పొరలు⁶,⁷,⁸ వాటి సర్దుబాటు చేయగల శక్తి అంతరం⁹,¹⁰,¹¹,¹²,¹³ కారణంగా ఫోటోవోల్టాయిక్ (PV) సెల్ రూపంలో తీవ్రంగా అధ్యయనం చేయబడుతున్నాయి. అయితే, సబ్స్ట్రేట్ యొక్క అధిక నిరోధకత ఎల్లప్పుడూ పరికరం యొక్క తక్కువ మార్పిడి సామర్థ్యానికి దారితీస్తుంది మరియు YBCO యొక్క ప్రాథమిక PV లక్షణాలను కప్పివేస్తుంది⁸. ఇక్కడ మేము 50 మరియు 300 K (Tc ~ 90 K) మధ్య YBa₂Cu₃O₆.₉₆ (YBCO) సిరామిక్లో నీలి-లేజర్ (λ = 450 nm) కాంతి ద్వారా ప్రేరేపించబడిన అద్భుతమైన ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాన్ని నివేదిస్తున్నాము. ఈ PV ప్రభావం YBCO యొక్క సూపర్ కండక్టివిటీకి మరియు YBCO-లోహ ఎలక్ట్రోడ్ ఇంటర్ఫేస్ యొక్క స్వభావానికి నేరుగా సంబంధం కలిగి ఉందని మేము చూపిస్తున్నాము. YBCO అతివాహక దశ నుండి నిరోధక స్థితికి మారినప్పుడు, ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc మరియు షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ Isc లలో ధ్రువత్వ విలోమం జరుగుతుంది. అతివాహకం-సాధారణ లోహ అంతరముఖం వద్ద ఒక విద్యుత్ పొటెన్షియల్ ఉంటుందని ప్రతిపాదించబడింది, ఇది కాంతి-ప్రేరిత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలకు వేరుచేసే బలాన్ని అందిస్తుంది. YBCO అతివాహకంగా ఉన్నప్పుడు ఈ అంతరముఖ పొటెన్షియల్ YBCO నుండి లోహ ఎలక్ట్రోడ్ వైపుగా ఉంటుంది మరియు నమూనా అ-అతివాహకంగా మారినప్పుడు వ్యతిరేక దిశకు మారుతుంది. YBCO అతివాహకంగా ఉన్నప్పుడు లోహ-అతివాహక అంతరముఖం వద్ద ఉండే సామీప్య ప్రభావం¹⁴,¹⁵,¹⁶,¹⁷తో ఈ పొటెన్షియల్ యొక్క మూలాన్ని సహజంగా అనుబంధించవచ్చు మరియు 502 mW/cm² లేజర్ తీవ్రతతో 50 K వద్ద దీని విలువ ~10⁻⁸ mV గా అంచనా వేయబడింది. సాధారణ స్థితిలో ఉన్న p-రకం పదార్థమైన YBCOను n-రకం పదార్థమైన Ag-పేస్ట్తో కలపడం వలన, చాలా మటుకు, ఒక క్వాసీ-pn జంక్షన్ ఏర్పడుతుంది, ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద YBCO సిరామిక్స్ యొక్క PV ప్రవర్తనకు కారణమవుతుంది. మా పరిశీలనలు అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టింగ్ YBCO సిరామిక్స్లో PV ప్రభావం యొక్క మూలంపై మరింత వెలుగునిస్తాయి మరియు ఫాస్ట్ పాసివ్ లైట్ డిటెక్టర్ వంటి ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో దాని అనువర్తనానికి మార్గం సుగమం చేస్తాయి.
పటం 1a–c, 50 K వద్ద YBCO సిరామిక్ నమూనా యొక్క IV లక్షణాలను చూపుతుంది. కాంతి ప్రకాశం లేకుండా, ఒక సూపర్కండక్టింగ్ పదార్థం నుండి ఆశించినట్లుగా, కరెంట్ మారుతున్నప్పటికీ నమూనా అంతటా వోల్టేజ్ సున్నాగా ఉంటుంది. లేజర్ పుంజాన్ని కాథోడ్ వైపు మళ్లించినప్పుడు స్పష్టమైన ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం కనిపిస్తుంది (పటం 1a): I-అక్షానికి సమాంతరంగా ఉన్న IV వక్రాలు, లేజర్ తీవ్రత పెరిగేకొద్దీ క్రిందికి కదులుతాయి. ఎటువంటి కరెంట్ లేనప్పటికీ ఒక నెగటివ్ ఫోటో-ఇండ్యూస్డ్ వోల్టేజ్ (దీనిని తరచుగా ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc అని పిలుస్తారు) ఉందని స్పష్టమవుతుంది. IV వక్రం యొక్క సున్నా వాలు, లేజర్ ప్రకాశం కింద కూడా నమూనా సూపర్కండక్టింగ్గా ఉందని సూచిస్తుంది.
(ఎ–సి) మరియు 300 K (ఇ–జి). వాక్యూమ్లో కరెంట్ను −10 mA నుండి +10 mA వరకు స్వీప్ చేయడం ద్వారా V(I) విలువలు పొందబడ్డాయి. స్పష్టత కోసం ప్రయోగాత్మక డేటాలో కొంత భాగం మాత్రమే ప్రదర్శించబడింది. ఎ, కాథోడ్ (i) వద్ద లేజర్ స్పాట్ను ఉంచి కొలిచిన YBCO యొక్క కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణాలు. అన్ని IV వక్రాలు క్షితిజ సమాంతర సరళ రేఖలుగా ఉన్నాయి, ఇది లేజర్ వికిరణంతో నమూనా ఇప్పటికీ సూపర్కండక్టింగ్గా ఉందని సూచిస్తుంది. లేజర్ తీవ్రత పెరిగేకొద్దీ వక్రం క్రిందికి కదులుతుంది, ఇది సున్నా కరెంట్తో కూడా రెండు వోల్టేజ్ లీడ్ల మధ్య ప్రతికూల పొటెన్షియల్ (Voc) ఉందని సూచిస్తుంది. 50 K (బి) లేదా 300 K (ఎఫ్) వద్ద లేజర్ను నమూనా మధ్యలోకి మళ్లించినప్పుడు IV వక్రాలు మారకుండా ఉంటాయి. ఆనోడ్ను ప్రకాశింపజేసినప్పుడు క్షితిజ సమాంతర రేఖ పైకి కదులుతుంది (సి). 50 K వద్ద మెటల్-సూపర్కండక్టర్ జంక్షన్ యొక్క స్కీమాటిక్ మోడల్ డి లో చూపబడింది. కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్ వైపు లేజర్ పుంజాన్ని గురిపెట్టి కొలిచిన, 300 K వద్ద సాధారణ స్థితిలో ఉన్న YBCO యొక్క కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణాలు వరుసగా e మరియు g లలో ఇవ్వబడ్డాయి. 50 K వద్ద వచ్చిన ఫలితాలకు విరుద్ధంగా, సరళ రేఖల యొక్క శూన్యేతర వాలు YBCO సాధారణ స్థితిలో ఉందని సూచిస్తుంది; Voc విలువలు కాంతి తీవ్రతతో వ్యతిరేక దిశలో మారుతూ, వేరొక ఛార్జ్ విభజన యంత్రాంగాన్ని సూచిస్తున్నాయి. 300 K వద్ద సాధ్యమయ్యే ఇంటర్ఫేస్ నిర్మాణం hj లో చిత్రీకరించబడింది. లీడ్స్తో ఉన్న నమూనా యొక్క వాస్తవ చిత్రం.
సూపర్కండక్టింగ్ స్థితిలో ఉన్న ఆక్సిజన్-సమృద్ధి గల YBCO, దాని చాలా చిన్న శక్తి అంతరం (Eg)9,10 కారణంగా సూర్యకాంతి యొక్క దాదాపు పూర్తి స్పెక్ట్రమ్ను గ్రహించగలదు, తద్వారా ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను (e–h) సృష్టిస్తుంది. ఫోటాన్ల శోషణ ద్వారా ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Vocను ఉత్పత్తి చేయడానికి, పునఃసంయోగం జరగడానికి ముందు కాంతి-జనిత e–h జతలను ప్రాదేశికంగా వేరు చేయడం అవసరం18. పటం 1iలో సూచించినట్లుగా, కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్లకు సంబంధించి రుణాత్మక Voc ఉండటం, మెటల్-సూపర్కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ అంతటా ఒక విద్యుత్ పొటెన్షియల్ ఉందని సూచిస్తుంది, ఇది ఎలక్ట్రాన్లను ఆనోడ్ వైపుకు మరియు హోల్స్ను కాథోడ్ వైపుకు నెడుతుంది. ఒకవేళ ఇది నిజమైతే, ఆనోడ్ వద్ద సూపర్కండక్టర్ నుండి మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్ వైపుకు కూడా ఒక పొటెన్షియల్ ఉండాలి. పర్యవసానంగా, ఆనోడ్ సమీపంలోని నమూనా ప్రాంతంపై కాంతి ప్రసరిస్తే ధనాత్మక Voc లభిస్తుంది. అంతేకాకుండా, లేజర్ స్పాట్ను ఎలక్ట్రోడ్లకు దూరంగా ఉన్న ప్రాంతాల వైపు చూపినప్పుడు కాంతి-ప్రేరిత వోల్టేజ్లు ఉండకూడదు. పటం 1b,c నుండి చూడగలిగినట్లుగా ఇది ఖచ్చితంగా నిజం!
కాంతి బిందువు కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ నుండి నమూనా మధ్యలోకి (అంతరముఖాల నుండి సుమారు 1.25 మి.మీ. దూరంలో) కదిలినప్పుడు, లేజర్ తీవ్రతను అందుబాటులో ఉన్న గరిష్ట విలువకు పెంచినప్పటికీ IV వక్రాలలో ఎటువంటి మార్పు మరియు Voc గమనించబడలేదు (పటం 1బి). సహజంగా, ఈ ఫలితాన్ని కాంతి-ప్రేరిత వాహకాల పరిమిత జీవితకాలానికి మరియు నమూనాలో వేరుచేసే బలం లేకపోవడానికి ఆపాదించవచ్చు. నమూనాపై కాంతి పడినప్పుడల్లా ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జంటలు ఏర్పడతాయి, కానీ లేజర్ బిందువు ఏవైనా ఎలక్ట్రోడ్లకు దూరంగా ఉన్న ప్రాంతాలపై పడితే, చాలా e–h జంటలు నాశనం చేయబడతాయి మరియు ఎటువంటి ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం గమనించబడదు. లేజర్ బిందువును ఆనోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ల వైపుకు జరిపినప్పుడు, I-అక్షానికి సమాంతరంగా ఉన్న IV వక్రాలు లేజర్ తీవ్రత పెరిగేకొద్దీ పైకి కదులుతాయి (పటం 1సి). ఆనోడ్ వద్ద ఉన్న లోహ-సూపర్కండక్టర్ జంక్షన్లో కూడా ఇలాంటి అంతర్నిర్మిత విద్యుత్ క్షేత్రం ఉంటుంది. అయితే, ఈసారి లోహపు ఎలక్ట్రోడ్ పరీక్షా వ్యవస్థ యొక్క ధనాత్మక లీడ్కు అనుసంధానించబడి ఉంటుంది. లేజర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన హోల్స్ ఆనోడ్ లీడ్కు నెట్టబడతాయి, అందువల్ల ధనాత్మక Voc గమనించబడింది. ఇక్కడ సమర్పించిన ఫలితాలు, సూపర్కండక్టర్ నుండి లోహ ఎలక్ట్రోడ్ వైపు చూపే ఒక ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ నిజంగానే ఉందని బలమైన సాక్ష్యాన్ని అందిస్తున్నాయి.
300 K వద్ద YBa2Cu3O6.96 సిరామిక్స్లో ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాన్ని పటం 1e–gలో చూపించారు. కాంతి ప్రకాశం లేకుండా, నమూనా యొక్క IV వక్రం మూలబిందువును దాటే ఒక సరళరేఖగా ఉంటుంది. కాథోడ్ లీడ్స్పై ప్రసరించే లేజర్ తీవ్రత పెరిగేకొద్దీ, ఈ సరళరేఖ అసలు రేఖకు సమాంతరంగా పైకి కదులుతుంది (పటం 1e). ఒక ఫోటోవోల్టాయిక్ పరికరానికి సంబంధించి ఆసక్తికరమైన రెండు పరిమిత సందర్భాలు ఉన్నాయి. V = 0 అయినప్పుడు షార్ట్-సర్క్యూట్ పరిస్థితి ఏర్పడుతుంది. ఈ సందర్భంలోని కరెంట్ను షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ (Isc) అని అంటారు. రెండవ పరిమిత సందర్భం ఓపెన్-సర్క్యూట్ పరిస్థితి (Voc), ఇది R→∞ అయినప్పుడు లేదా కరెంట్ సున్నా అయినప్పుడు ఏర్పడుతుంది. 50 K వద్ద పొందిన ఫలితానికి విరుద్ధంగా, Voc ధనాత్మకంగా ఉందని మరియు కాంతి తీవ్రత పెరిగేకొద్దీ పెరుగుతుందని పటం 1e స్పష్టంగా చూపిస్తుంది; అయితే, సాధారణ సౌర ఘటాల యొక్క విలక్షణ ప్రవర్తన అయిన రుణాత్మక Isc, కాంతి ప్రకాశంతో పరిమాణంలో పెరగడం గమనించబడింది.
అదేవిధంగా, లేజర్ పుంజాన్ని ఎలక్ట్రోడ్లకు దూరంగా ఉన్న ప్రాంతాల వైపు మళ్లించినప్పుడు, V(I) వక్రం లేజర్ తీవ్రతపై ఆధారపడదు మరియు ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం కనిపించదు (పటం 1f). 50 K వద్ద చేసిన కొలత మాదిరిగానే, యానోడ్ ఎలక్ట్రోడ్పై లేజర్ను ప్రసరింపజేసినప్పుడు IV వక్రాలు వ్యతిరేక దిశలో కదులుతాయి (పటం 1g). నమూనాలోని వివిధ స్థానాలలో లేజర్ను ప్రసరింపజేసి, 300 K వద్ద ఈ YBCO-Ag పేస్ట్ వ్యవస్థ కోసం పొందిన ఈ ఫలితాలన్నీ, 50 K వద్ద గమనించిన దానికి వ్యతిరేకమైన ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్కు అనుగుణంగా ఉన్నాయి.
సూపర్కండక్టింగ్ YBCOలో దాని పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత Tc కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద చాలా ఎలక్ట్రాన్లు కూపర్ జంటలుగా ఘనీభవిస్తాయి. అయితే లోహ ఎలక్ట్రోడ్లో, అన్ని ఎలక్ట్రాన్లు ఏకవచన రూపంలో ఉంటాయి. లోహ-సూపర్కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ సమీపంలో ఏకవచన ఎలక్ట్రాన్లు మరియు కూపర్ జంటలు రెండింటికీ పెద్ద సాంద్రత ప్రవణత ఉంటుంది. లోహ పదార్థంలోని మెజారిటీ-క్యారియర్ ఏకవచన ఎలక్ట్రాన్లు సూపర్కండక్టర్ ప్రాంతంలోకి వ్యాపిస్తాయి, అయితే YBCO ప్రాంతంలోని మెజారిటీ-క్యారియర్ కూపర్-జంటలు లోహ ప్రాంతంలోకి వ్యాపిస్తాయి. ఏకవచన ఎలక్ట్రాన్ల కంటే ఎక్కువ ఆవేశాలను కలిగి, అధిక చలనశీలత ఉన్న కూపర్ జంటలు YBCO నుండి లోహ ప్రాంతంలోకి వ్యాపించినప్పుడు, ధనావేశం గల పరమాణువులు వెనుకబడిపోతాయి, దీని ఫలితంగా స్పేస్ ఛార్జ్ ప్రాంతంలో ఒక విద్యుత్ క్షేత్రం ఏర్పడుతుంది. ఈ విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క దిశను స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం Fig. 1dలో చూపించారు. స్పేస్ ఛార్జ్ ప్రాంతం సమీపంలో పతనమయ్యే ఫోటాన్ ప్రకాశం, జంటలను సృష్టించగలదు, అవి విడిపోయి బయటకు నెట్టబడి రివర్స్-బయాస్ దిశలో ఫోటోకరెంట్ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ఎలక్ట్రాన్లు అంతర్నిర్మిత విద్యుత్ క్షేత్రం నుండి బయటకు రాగానే, అవి జంటలుగా ఘనీభవించి నిరోధం లేకుండా మరొక ఎలక్ట్రోడ్కు ప్రవహిస్తాయి. ఈ సందర్భంలో, Voc అనేది ముందుగా సెట్ చేసిన ధ్రువణానికి వ్యతిరేకంగా ఉంటుంది మరియు లేజర్ పుంజం నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ చుట్టూ ఉన్న ప్రాంతం వైపు చూపినప్పుడు ప్రతికూల విలువను ప్రదర్శిస్తుంది. Voc విలువ నుండి, ఇంటర్ఫేస్ అంతటా ఉన్న పొటెన్షియల్ను అంచనా వేయవచ్చు: రెండు వోల్టేజ్ లీడ్ల మధ్య దూరం d సుమారుగా ~5 × 10−3 మీ, మెటల్-సూపర్కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ యొక్క మందం, di, YBCO సూపర్కండక్టర్ యొక్క సంబద్ధత పొడవు (~1 nm)19,20తో సమాన పరిమాణ క్రమంలో ఉండాలి, Voc విలువను 0.03 mVగా తీసుకుంటే, 502 mW/cm2 లేజర్ తీవ్రతతో 50 K వద్ద మెటల్-సూపర్కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ వద్ద పొటెన్షియల్ Vms సుమారుగా ~10−11 Vగా అంచనా వేయబడింది, సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి,
ఫోటో-ప్రేరిత వోల్టేజ్ను ఫోటో థర్మల్ ప్రభావం ద్వారా వివరించలేమని మేము ఇక్కడ నొక్కి చెప్పాలనుకుంటున్నాము. సూపర్కండక్టర్ YBCO యొక్క సీబెక్ గుణకం Ss = 0.21 అని ప్రయోగాత్మకంగా నిర్ధారించబడింది. రాగి లీడ్ వైర్ల కోసం సీబెక్ గుణకం SCu = 0.34–1.15 μV/K3 పరిధిలో ఉంటుంది. 50 K వద్ద లభించే గరిష్ట లేజర్ తీవ్రతతో లేజర్ స్పాట్ వద్ద రాగి తీగ యొక్క ఉష్ణోగ్రతను 0.06 K వరకు స్వల్పంగా పెంచవచ్చు. ఇది 6.9 × 10−8 V యొక్క థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పొటెన్షియల్ను ఉత్పత్తి చేయగలదు, ఇది Fig 1 (a)లో పొందిన Voc కంటే మూడు ఆర్డర్ల పరిమాణం తక్కువ. ప్రయోగాత్మక ఫలితాలను వివరించడానికి థర్మోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం చాలా తక్కువగా ఉందని స్పష్టమవుతోంది. వాస్తవానికి, లేజర్ ఇర్రేడియేషన్ కారణంగా ఉష్ణోగ్రత మార్పు ఒక నిమిషం కన్నా తక్కువ సమయంలోనే అదృశ్యమవుతుంది, కాబట్టి థర్మల్ ప్రభావం నుండి వచ్చే ప్రభావాన్ని సురక్షితంగా విస్మరించవచ్చు.
గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద YBCO యొక్క ఈ ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం, ఇక్కడ ఒక భిన్నమైన ఛార్జ్ విభజన యంత్రాంగం ఇమిడి ఉందని వెల్లడిస్తుంది. సాధారణ స్థితిలో ఉన్న సూపర్కండక్టింగ్ YBCO, హోల్స్ను ఛార్జ్ క్యారియర్లుగా కలిగిన ఒక p-రకం పదార్థం22,23, కాగా, మెటాలిక్ Ag-పేస్ట్ ఒక n-రకం పదార్థం యొక్క లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. pn జంక్షన్ల మాదిరిగానే, సిల్వర్ పేస్ట్లో ఎలక్ట్రాన్ల వ్యాప్తి మరియు YBCO సిరామిక్లో హోల్స్ వ్యాప్తి చెందడం వలన, ఇంటర్ఫేస్ వద్ద YBCO సిరామిక్ వైపు చూపే ఒక అంతర్గత విద్యుత్ క్షేత్రం ఏర్పడుతుంది (పటం 1h). ఈ అంతర్గత క్షేత్రమే విభజన బలాన్ని అందించి, పటం 1eలో చూపిన విధంగా, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద YBCO-Ag పేస్ట్ వ్యవస్థకు ధనాత్మక Voc మరియు రుణాత్మక Iscలకు దారితీస్తుంది. ప్రత్యామ్నాయంగా, Ag-YBCO ఒక p-రకం షాట్కీ జంక్షన్ను ఏర్పరచవచ్చు, ఇది కూడా పైన ప్రదర్శించిన నమూనాలో ఉన్నటువంటి అదే ధ్రువణతతో ఒక ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్కు దారితీస్తుంది24.
YBCO యొక్క సూపర్కండక్టింగ్ పరివర్తన సమయంలో ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాల యొక్క వివరణాత్మక పరిణామ ప్రక్రియను పరిశోధించడానికి, కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ప్రకాశించే ఎంచుకున్న లేజర్ తీవ్రతలతో 80 K వద్ద నమూనా యొక్క IV వక్రాలను కొలిచారు (Fig. 2). లేజర్ ప్రసరణ లేకుండా, కరెంట్తో సంబంధం లేకుండా నమూనా అంతటా వోల్టేజ్ సున్నా వద్ద ఉంటుంది, ఇది 80 K వద్ద నమూనా యొక్క సూపర్కండక్టింగ్ స్థితిని సూచిస్తుంది (Fig. 2a). 50 K వద్ద పొందిన డేటా మాదిరిగానే, I-అక్షానికి సమాంతరంగా ఉన్న IV వక్రాలు ఒక క్లిష్టమైన విలువ Pc చేరే వరకు పెరుగుతున్న లేజర్ తీవ్రతతో క్రిందికి కదులుతాయి. ఈ క్లిష్టమైన లేజర్ తీవ్రత (Pc) కంటే పైన, సూపర్కండక్టర్ సూపర్కండక్టింగ్ దశ నుండి నిరోధక దశకు పరివర్తన చెందుతుంది; సూపర్కండక్టర్లో నిరోధకత కనిపించడం వల్ల కరెంట్తో పాటు వోల్టేజ్ పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది. ఫలితంగా, IV వక్రం I-అక్షం మరియు V-అక్షాన్ని ఖండించడం ప్రారంభిస్తుంది, ఇది మొదట ప్రతికూల Voc మరియు సానుకూల Isc లకు దారితీస్తుంది. ఇప్పుడు నమూనా ఒక ప్రత్యేక స్థితిలో ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది, దీనిలో Voc మరియు Isc యొక్క ధ్రువణత కాంతి తీవ్రతకు అత్యంత సున్నితంగా ఉంటుంది; కాంతి తీవ్రతలో చాలా స్వల్ప పెరుగుదలతో, మూలబిందువును దాటుతూ Isc ధనాత్మకం నుండి రుణాత్మకానికి మరియు Voc రుణాత్మకం నుండి ధనాత్మక విలువకు మారుతుంది (కాంతి ప్రకాశానికి ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాల, ముఖ్యంగా Isc విలువ యొక్క అధిక సున్నితత్వాన్ని పటం 2bలో మరింత స్పష్టంగా చూడవచ్చు). అందుబాటులో ఉన్న అత్యధిక లేజర్ తీవ్రత వద్ద, IV వక్రాలు ఒకదానికొకటి సమాంతరంగా ఉంటాయి, ఇది YBCO నమూనా యొక్క సాధారణ స్థితిని సూచిస్తుంది.
లేజర్ స్పాట్ కేంద్రం కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ల చుట్టూ అమర్చబడి ఉంటుంది (పటం 1i చూడండి). a, వివిధ లేజర్ తీవ్రతలతో ప్రకాశితమైన YBCO యొక్క IV వక్రాలు. b (పైన), ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc మరియు షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ Isc యొక్క లేజర్ తీవ్రతపై ఆధారపడటం. తక్కువ కాంతి తీవ్రత వద్ద (< 110 mW/cm2) Isc విలువలను పొందలేము, ఎందుకంటే నమూనా సూపర్కండక్టింగ్ స్థితిలో ఉన్నప్పుడు IV వక్రాలు I-అక్షానికి సమాంతరంగా ఉంటాయి. b (దిగువన), లేజర్ తీవ్రత యొక్క ఫంక్షన్గా డిఫరెన్షియల్ రెసిస్టెన్స్.
80 K వద్ద Voc మరియు Isc ల యొక్క లేజర్ తీవ్రతపై ఆధారపడటాన్ని పటం 2b (పైభాగం)లో చూపించారు. ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలను కాంతి తీవ్రత యొక్క మూడు ప్రాంతాలలో చర్చించవచ్చు. మొదటి ప్రాంతం 0 మరియు Pc మధ్య ఉంటుంది, దీనిలో YBCO సూపర్కండక్టింగ్గా ఉంటుంది, Voc రుణాత్మకంగా ఉండి, కాంతి తీవ్రతతో పాటు తగ్గుతుంది (దాని సంపూర్ణ విలువ పెరుగుతుంది) మరియు Pc వద్ద కనిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటుంది. రెండవ ప్రాంతం Pc నుండి మరొక క్లిష్టమైన తీవ్రత P0 వరకు ఉంటుంది, దీనిలో పెరుగుతున్న కాంతి తీవ్రతతో Voc పెరుగుతుంది, Isc తగ్గుతుంది మరియు రెండూ P0 వద్ద సున్నాకి చేరుకుంటాయి. మూడవ ప్రాంతం P0 పైన, YBCO యొక్క సాధారణ స్థితికి చేరుకునే వరకు ఉంటుంది. ప్రాంతం 2లో వలెనే Voc మరియు Isc రెండూ కాంతి తీవ్రతతో మారినప్పటికీ, క్లిష్టమైన తీవ్రత P0 పైన అవి వ్యతిరేక ధ్రువణాన్ని కలిగి ఉంటాయి. P0 యొక్క ప్రాముఖ్యత ఏమిటంటే, ఈ నిర్దిష్ట బిందువు వద్ద ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం ఉండదు మరియు ఛార్జ్ విభజన యంత్రాంగం గుణాత్మకంగా మారుతుంది. ఈ కాంతి తీవ్రత పరిధిలో YBCO నమూనా నాన్-సూపర్కండక్టింగ్గా మారుతుంది, కానీ సాధారణ స్థితికి ఇంకా చేరుకోలేదు.
స్పష్టంగా, ఈ వ్యవస్థ యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలు YBCO యొక్క సూపర్కండక్టివిటీ మరియు దాని సూపర్కండక్టింగ్ పరివర్తనతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉన్నాయి. YBCO యొక్క డిఫరెన్షియల్ రెసిస్టెన్స్, dV/dI, లేజర్ తీవ్రత యొక్క ఫంక్షన్గా Fig. 2b (దిగువన)లో చూపబడింది. ఇంతకు ముందు చెప్పినట్లుగా, కూపర్ పెయిర్ డిఫ్యూజన్ కారణంగా ఇంటర్ఫేస్లో ఏర్పడిన విద్యుత్ పొటెన్షియల్ సూపర్కండక్టర్ నుండి లోహం వైపుకు ఉంటుంది. 50 K వద్ద గమనించిన దాని మాదిరిగానే, లేజర్ తీవ్రత 0 నుండి Pc వరకు పెరిగేకొద్దీ ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం పెరుగుతుంది. లేజర్ తీవ్రత Pc కంటే కొద్దిగా ఎక్కువ విలువకు చేరుకున్నప్పుడు, IV వక్రం వంగడం ప్రారంభమవుతుంది మరియు నమూనా యొక్క నిరోధకత కనిపించడం మొదలవుతుంది, కానీ ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ యొక్క ధ్రువణత ఇంకా మారదు. సూపర్కండక్టివిటీపై ఆప్టికల్ ఎక్సైటేషన్ ప్రభావాన్ని విజిబుల్ లేదా నియర్-IR ప్రాంతంలో పరిశోధించడం జరిగింది. ప్రాథమిక ప్రక్రియ కూపర్ జతలను విచ్ఛిన్నం చేసి, సూపర్కండక్టివిటీని నాశనం చేయడం అయినప్పటికీ25,26, కొన్ని సందర్భాల్లో సూపర్కండక్టివిటీ పరివర్తనను మెరుగుపరచవచ్చు27,28,29, సూపర్కండక్టివిటీ యొక్క కొత్త దశలను కూడా ప్రేరేపించవచ్చు30. Pc వద్ద సూపర్కండక్టివిటీ లేకపోవడానికి కారణం ఫోటో-ప్రేరిత జతల విచ్ఛిన్నం అని చెప్పవచ్చు. P0 బిందువు వద్ద, ఇంటర్ఫేస్ అంతటా పొటెన్షియల్ సున్నా అవుతుంది, ఇది ఈ నిర్దిష్ట కాంతి తీవ్రత కింద ఇంటర్ఫేస్ యొక్క రెండు వైపులా ఛార్జ్ సాంద్రత ఒకే స్థాయికి చేరుకుందని సూచిస్తుంది. లేజర్ తీవ్రతను మరింత పెంచడం వల్ల మరిన్ని కూపర్ జతలు నాశనం అవుతాయి మరియు YBCO క్రమంగా తిరిగి p-రకం పదార్థంగా రూపాంతరం చెందుతుంది. ఎలక్ట్రాన్ మరియు కూపర్ జతల వ్యాప్తికి బదులుగా, ఇంటర్ఫేస్ యొక్క లక్షణం ఇప్పుడు ఎలక్ట్రాన్ మరియు హోల్ వ్యాప్తి ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది, ఇది ఇంటర్ఫేస్లోని విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క ధ్రువణ విలోమానికి మరియు తత్ఫలితంగా ధనాత్మక Vocకి దారితీస్తుంది (Fig.1d,h పోల్చండి). చాలా అధిక లేజర్ తీవ్రత వద్ద, YBCO యొక్క అవకలన నిరోధకత సాధారణ స్థితికి అనుగుణమైన విలువకు సంతృప్తమవుతుంది మరియు Voc మరియు Isc రెండూ లేజర్ తీవ్రతతో సరళంగా మారడానికి మొగ్గు చూపుతాయి (పటం 2బి). ఈ పరిశీలన, సాధారణ స్థితిలో ఉన్న YBCO పై లేజర్ వికిరణం దాని నిరోధకతను మరియు సూపర్కండక్టర్-లోహ ఇంటర్ఫేస్ యొక్క లక్షణాన్ని ఇకపై మార్చదని, కేవలం ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతల సాంద్రతను మాత్రమే పెంచుతుందని వెల్లడిస్తుంది.
ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలపై ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాన్ని పరిశోధించడానికి, లోహ-సూపర్ కండక్టర్ వ్యవస్థను కాథోడ్ వద్ద 502 mW/cm2 తీవ్రత గల నీలిరంగు లేజర్తో ప్రకాశింపజేయబడింది. 50 మరియు 300 K మధ్య ఎంచుకున్న ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పొందిన IV వక్రాలు పటం 3aలో ఇవ్వబడ్డాయి. ఈ IV వక్రాల నుండి ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc, షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ Isc మరియు డిఫరెన్షియల్ రెసిస్టెన్స్లను పొందవచ్చు మరియు అవి పటం 3bలో చూపబడ్డాయి. కాంతి ప్రకాశం లేకుండా, వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద కొలవబడిన అన్ని IV వక్రాలు ఊహించిన విధంగానే మూలబిందువు గుండా వెళతాయి (పటం 3a యొక్క ఇన్సెట్). వ్యవస్థను సాపేక్షంగా బలమైన లేజర్ పుంజం (502 mW/cm2)తో ప్రకాశింపజేసినప్పుడు, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో IV లక్షణాలు తీవ్రంగా మారుతాయి. తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద IV వక్రాలు I-అక్షానికి సమాంతరంగా ఉండే సరళ రేఖలుగా ఉండి, Voc యొక్క రుణాత్మక విలువలను కలిగి ఉంటాయి. ఈ వక్రం పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో పైకి కదులుతుంది మరియు ఒక క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రత Tcp వద్ద క్రమంగా శూన్యేతర వాలు గల రేఖగా మారుతుంది (పటం 3a (పైభాగం)). అన్ని IV లక్షణ వక్రాలు మూడవ క్వాడ్రంట్లోని ఒక బిందువు చుట్టూ తిరుగుతున్నట్లు కనిపిస్తుంది. Voc రుణాత్మక విలువ నుండి ధనాత్మక విలువకు పెరుగుతుంది, అదే సమయంలో Isc ధనాత్మక విలువ నుండి రుణాత్మక విలువకు తగ్గుతుంది. YBCO యొక్క అసలు సూపర్కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత Tc కంటే పైన, IV వక్రం ఉష్ణోగ్రతతో చాలా భిన్నంగా మారుతుంది (పటం 3a దిగువ భాగం). మొదటిగా, IV వక్రాల భ్రమణ కేంద్రం మొదటి క్వాడ్రంట్కు కదులుతుంది. రెండవది, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో Voc తగ్గుతూ మరియు Isc పెరుగుతూ ఉంటుంది (పటం 3b పైభాగం). మూడవది, IV వక్రాల వాలు ఉష్ణోగ్రతతో సరళంగా పెరుగుతుంది, దీని ఫలితంగా YBCO కు నిరోధకత యొక్క ధనాత్మక ఉష్ణోగ్రత గుణకం లభిస్తుంది (పటం 3b దిగువ భాగం).
502 mW/cm2 లేజర్ కాంతి కింద YBCO-Ag పేస్ట్ వ్యవస్థ యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాల ఉష్ణోగ్రత ఆధారితత్వం.
లేజర్ స్పాట్ కేంద్రం కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ల చుట్టూ అమర్చబడి ఉంటుంది (పటం 1i చూడండి). a, వరుసగా 5 K మరియు 20 K ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలతో 50 నుండి 90 K (పైన) మరియు 100 నుండి 300 K (క్రింద) వరకు పొందిన IV వక్రాలు. ఇన్సెట్ a చీకటిలో అనేక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద IV లక్షణాలను చూపుతుంది. అన్ని వక్రాలు మూల బిందువును దాటుతాయి. b, ఉష్ణోగ్రత ప్రమేయంగా ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc మరియు షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ Isc (పైన) మరియు YBCO యొక్క అవకలన నిరోధకత, dV/dI (క్రింద). సున్నా నిరోధకత గల సూపర్కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత Tcp ఇవ్వబడలేదు ఎందుకంటే అది Tc0 కి చాలా దగ్గరగా ఉంటుంది.
పటం 3b నుండి మూడు కీలక ఉష్ణోగ్రతలను గుర్తించవచ్చు: Tcp, దీనికి పైన YBCO నాన్-సూపర్కండక్టింగ్గా మారుతుంది; Tc0, దీని వద్ద Voc మరియు Isc రెండూ సున్నా అవుతాయి మరియు Tc, లేజర్ వికిరణం లేకుండా YBCO యొక్క అసలైన ప్రారంభ సూపర్కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత. Tcp ~ 55 K కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద, లేజర్ వికిరణం చేయబడిన YBCO సాపేక్షంగా అధిక సాంద్రత గల కూపర్ జతలతో సూపర్కండక్టింగ్ స్థితిలో ఉంటుంది. లేజర్ వికిరణం యొక్క ప్రభావం ఏమిటంటే, ఫోటోవోల్టాయిక్ వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ను ఉత్పత్తి చేయడంతో పాటు, కూపర్ జతల సాంద్రతను తగ్గించడం ద్వారా సున్నా నిరోధకత గల సూపర్కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతను 89 K నుండి ~55 K (పటం 3b దిగువ భాగం)కి తగ్గించడం. ఉష్ణోగ్రత పెరగడం వల్ల కూపర్ జతలు కూడా విచ్ఛిన్నమై ఇంటర్ఫేస్లో తక్కువ పొటెన్షియల్కు దారితీస్తాయి. ఫలితంగా, అదే తీవ్రతతో లేజర్ ప్రకాశం ప్రయోగించినప్పటికీ, Voc యొక్క సంపూర్ణ విలువ చిన్నదిగా మారుతుంది. ఉష్ణోగ్రత మరింత పెరిగేకొద్దీ ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ మరింత చిన్నదిగా మారుతూ Tc0 వద్ద సున్నాకి చేరుకుంటుంది. ఈ ప్రత్యేక బిందువు వద్ద ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం ఉండదు, ఎందుకంటే కాంతి ప్రేరిత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను వేరు చేయడానికి అంతర్గత క్షేత్రం ఉండదు. ఈ క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రత కంటే పైన పొటెన్షియల్ యొక్క ధ్రువణ విలోమం సంభవిస్తుంది, ఎందుకంటే YBCO లో కంటే Ag పేస్ట్లో స్వేచ్ఛా ఆవేశ సాంద్రత ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది క్రమంగా తిరిగి p-రకం పదార్థానికి బదిలీ చేయబడుతుంది. ఇక్కడ మేము నొక్కి చెప్పదలుచుకున్నది ఏమిటంటే, పరివర్తనకు కారణంతో సంబంధం లేకుండా, సున్నా నిరోధకత గల సూపర్కండక్టింగ్ పరివర్తన జరిగిన వెంటనే Voc మరియు Isc ల ధ్రువణ విలోమం సంభవిస్తుంది. ఈ పరిశీలన, లోహ-సూపర్కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్తో ముడిపడి ఉన్న సూపర్కండక్టివిటీ మరియు ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాల మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని మొదటిసారిగా స్పష్టంగా వెల్లడిస్తుంది. సూపర్కండక్టర్-సాధారణ లోహ ఇంటర్ఫేస్ వద్ద ఉండే ఈ పొటెన్షియల్ యొక్క స్వభావం గత కొన్ని దశాబ్దాలుగా పరిశోధనలకు కేంద్ర బిందువుగా ఉంది, కానీ సమాధానం దొరకని అనేక ప్రశ్నలు ఇంకా ఉన్నాయి. ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాన్ని కొలవడం అనేది ఈ ముఖ్యమైన పొటెన్షియల్ యొక్క వివరాలను (దాని బలం మరియు ధ్రువణత మొదలైనవి) అన్వేషించడానికి ఒక సమర్థవంతమైన పద్ధతిగా నిరూపించబడవచ్చు మరియు తద్వారా అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్కండక్టింగ్ సామీప్య ప్రభావంపై వెలుగునిస్తుంది.
Tc0 నుండి Tc వరకు ఉష్ణోగ్రత మరింత పెరగడం వల్ల కూపర్ జతల సాంద్రత తగ్గి, ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ వృద్ధి చెంది, తత్ఫలితంగా Voc పెరుగుతుంది. Tc వద్ద కూపర్ జతల సాంద్రత సున్నా అవుతుంది మరియు ఇంటర్ఫేస్ వద్ద బిల్డ్-ఇన్ పొటెన్షియల్ గరిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటుంది, దీని ఫలితంగా గరిష్ట Voc మరియు కనిష్ట Isc ఏర్పడతాయి. ఈ ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో Voc మరియు Isc (సంపూర్ణ విలువ) వేగంగా పెరగడం సూపర్కండక్టింగ్ పరివర్తనను సూచిస్తుంది, ఇది 502 mW/cm2 తీవ్రత గల లేజర్ వికిరణం ద్వారా ΔT ~ 3 K నుండి ~34 K వరకు విస్తరించబడుతుంది (పటం 3b). Tc కంటే పైన ఉన్న సాధారణ స్థితులలో, pn జంక్షన్ల ఆధారంగా పనిచేసే సాధారణ సోలార్ సెల్స్లో Voc యొక్క సరళ ప్రవర్తన మాదిరిగానే, ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc ఉష్ణోగ్రతతో పాటు తగ్గుతుంది (పటం 3b పైభాగం). లేజర్ తీవ్రతపై బలంగా ఆధారపడే, ఉష్ణోగ్రతతో Voc యొక్క మార్పు రేటు (−dVoc/dT) సాధారణ సోలార్ సెల్స్ కంటే చాలా తక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, YBCO-Ag జంక్షన్ యొక్క Voc ఉష్ణోగ్రత గుణకం సోలార్ సెల్స్ మాదిరిగానే అదే పరిమాణ క్రమంలో ఉంటుంది. ఒక సాధారణ సోలార్ సెల్ పరికరంలోని pn జంక్షన్ యొక్క లీకేజ్ కరెంట్, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో పాటు పెరుగుతుంది, దీనివల్ల ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ Voc తగ్గుతుంది. ఈ Ag-సూపర్కండక్టర్ వ్యవస్థలో గమనించిన సరళ IV వక్రతలు, మొదటిది చాలా తక్కువ ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ మరియు రెండవది రెండు హెటెరోజంక్షన్ల వెనుకకు-వెనుక కనెక్షన్ కారణంగా, లీకేజ్ కరెంట్ను నిర్ధారించడం కష్టతరం చేస్తాయి. అయినప్పటికీ, మన ప్రయోగంలో గమనించిన Voc ప్రవర్తనకు లీకేజ్ కరెంట్ యొక్క అదే ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటమే కారణమని చాలావరకు అనిపిస్తుంది. నిర్వచనం ప్రకారం, మొత్తం వోల్టేజ్ సున్నా అయ్యేలా Vocను భర్తీ చేయడానికి నెగటివ్ వోల్టేజ్ను ఉత్పత్తి చేయడానికి అవసరమైన కరెంట్నే Isc అంటారు. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, Voc చిన్నదిగా అవుతుంది, తద్వారా నెగటివ్ వోల్టేజ్ను ఉత్పత్తి చేయడానికి తక్కువ కరెంట్ అవసరమవుతుంది. అంతేకాకుండా, Tc కంటే పైన YBCO యొక్క నిరోధకత ఉష్ణోగ్రతతో సరళంగా పెరుగుతుంది (Fig. 3b దిగువన), ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద Isc యొక్క తక్కువ సంపూర్ణ విలువకు కూడా దోహదం చేస్తుంది.
పటాలు 2,3లో ఇవ్వబడిన ఫలితాలు కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ల చుట్టూ ఉన్న ప్రాంతంలో లేజర్ను ప్రసరింపజేయడం ద్వారా పొందబడ్డాయని గమనించండి. లేజర్ స్పాట్ను ఆనోడ్ వద్ద ఉంచి కూడా కొలతలు పునరావృతం చేయబడ్డాయి మరియు ఈ సందర్భంలో Voc మరియు Isc యొక్క ధ్రువణత తారుమారు అవ్వడం మినహా, అవే IV లక్షణాలు మరియు ఫోటోవోల్టాయిక్ ధర్మాలు గమనించబడ్డాయి. ఈ డేటా అంతా ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావానికి ఒక యంత్రాంగాన్ని సూచిస్తుంది, ఇది సూపర్కండక్టర్-లోహ ఇంటర్ఫేస్తో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.
సారాంశంలో, లేజర్తో ప్రకాశితమైన సూపర్కండక్టింగ్ YBCO-Ag పేస్ట్ సిస్టమ్ యొక్క IV లక్షణాలను ఉష్ణోగ్రత మరియు లేజర్ తీవ్రత యొక్క ప్రమేయాలుగా కొలవడం జరిగింది. 50 నుండి 300 K ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో విశేషమైన ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం గమనించబడింది. ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలు YBCO సిరామిక్స్ యొక్క సూపర్కండక్టివిటీతో బలంగా సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని కనుగొనబడింది. కాంతి-ప్రేరిత సూపర్కండక్టింగ్ నుండి నాన్-సూపర్కండక్టింగ్ పరివర్తన జరిగిన వెంటనే Voc మరియు Isc లలో ధ్రువణ విలోమం సంభవిస్తుంది. స్థిరమైన లేజర్ తీవ్రత వద్ద కొలవబడిన Voc మరియు Isc ల ఉష్ణోగ్రత ఆధారిత స్వభావం, ఒక క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద స్పష్టమైన ధ్రువణ విలోమాన్ని కూడా చూపిస్తుంది; ఆ ఉష్ణోగ్రతకు పైన నమూనా నిరోధకతను పొందుతుంది. నమూనాలోని వేర్వేరు భాగాలపై లేజర్ స్పాట్ను ఉంచడం ద్వారా, ఇంటర్ఫేస్ అంతటా ఒక విద్యుత్ పొటెన్షియల్ ఉందని మేము చూపిస్తున్నాము, ఇది కాంతి-ప్రేరిత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలకు వేరుచేసే బలాన్ని అందిస్తుంది. YBCO సూపర్కండక్టింగ్గా ఉన్నప్పుడు ఈ ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ YBCO నుండి మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్ వైపు మళ్ళించబడుతుంది మరియు నమూనా నాన్-సూపర్కండక్టింగ్గా మారినప్పుడు వ్యతిరేక దిశకు మారుతుంది. YBCO అతివాహకంగా ఉన్నప్పుడు, లోహం-అతివాహకం మధ్య ఉండే సామీప్య ప్రభావంతో ఈ పొటెన్షియల్ యొక్క మూలం సహజంగా ముడిపడి ఉండవచ్చు. 502 mW/cm2 లేజర్ తీవ్రతతో 50 K వద్ద ఇది ~10−8 mV గా అంచనా వేయబడింది. సాధారణ స్థితిలో ఉన్న p-రకం పదార్థమైన YBCOను, n-రకం పదార్థమైన Ag-పేస్ట్తో సంపర్కం చేసినప్పుడు ఒక క్వాసీ-pn జంక్షన్ ఏర్పడుతుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద YBCO సిరామిక్స్ యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రవర్తనకు ఇదే కారణం. పై పరిశీలనలు అధిక ఉష్ణోగ్రత అతివాహక YBCO సిరామిక్స్లోని PV ప్రభావంపై వెలుగునిస్తాయి మరియు ఫాస్ట్ పాసివ్ లైట్ డిటెక్టర్, సింగిల్ ఫోటాన్ డిటెక్టర్ వంటి ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో కొత్త అనువర్తనాలకు మార్గం సుగమం చేస్తాయి.
0.52 మిమీ మందం మరియు 8.64 × 2.26 మిమీ² దీర్ఘచతురస్రాకారంలో ఉన్న YBCO సిరామిక్ నమూనాపై ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావ ప్రయోగాలు నిర్వహించబడ్డాయి. ఈ నమూనాపై 1.25 మిమీ వ్యాసార్థం గల లేజర్ స్పాట్ సైజుతో నిరంతర తరంగ నీలి-లేజర్ (λ = 450 nm) ను ప్రసరింపజేయడం జరిగింది. పలుచని పొర నమూనాకు బదులుగా స్థూల పదార్థాన్ని ఉపయోగించడం వల్ల, సబ్స్ట్రేట్ యొక్క సంక్లిష్ట ప్రభావాన్ని ఎదుర్కోవాల్సిన అవసరం లేకుండా సూపర్కండక్టర్ యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలను అధ్యయనం చేయడానికి వీలవుతుంది⁶,⁷. అంతేకాకుండా, స్థూల పదార్థం దాని సరళమైన తయారీ విధానం మరియు సాపేక్షంగా తక్కువ ఖర్చు కారణంగా అనుకూలంగా ఉంటుంది. రాగి లీడ్ వైర్లు YBCO నమూనాపై సిల్వర్ పేస్ట్తో అంటించబడి, సుమారు 1 మిమీ వ్యాసం గల నాలుగు వృత్తాకార ఎలక్ట్రోడ్లను ఏర్పరుస్తాయి. రెండు వోల్టేజ్ ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య దూరం సుమారు 5 మిమీ. క్వార్ట్జ్ క్రిస్టల్ విండోతో వైబ్రేషన్ శాంపిల్ మాగ్నెటోమీటర్ (వెర్సాల్యాబ్, క్వాంటం డిజైన్) ఉపయోగించి నమూనా యొక్క IV లక్షణాలు కొలవబడ్డాయి. IV వక్రతలను పొందడానికి ప్రామాణిక నాలుగు-వైర్ పద్ధతిని ఉపయోగించారు. ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు లేజర్ స్పాట్ యొక్క సాపేక్ష స్థానాలు పటం 1i లో చూపబడ్డాయి.
ఈ వ్యాసాన్ని ఎలా ఉదహరించాలి: యాంగ్, ఎఫ్. మరియు ఇతరులు. సూపర్కండక్టింగ్ YBa2Cu3O6.96 సిరామిక్స్లో ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం యొక్క మూలం. సై. రెప్. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
చాంగ్, సిఎల్, క్లైన్హామ్స్, ఎ., మౌల్టన్, డబ్ల్యుజి & టెస్టార్డి, ఎల్ఆర్ YBa2Cu3O7 లో సౌష్టవ-నిషిద్ధ లేజర్-ప్రేరిత వోల్టేజీలు. ఫిజ్. రెవ్. బి 41, 11564–11567 (1990).
క్వోక్, HS, జెంగ్, JP & డాంగ్, SY Y-Ba-Cu-O లో అసాధారణ ఫోటోవోల్టాయిక్ సిగ్నల్ యొక్క మూలం. ఫిజ్. రెవ్. B 43, 6270–6272 (1991).
వాంగ్, LP, లిన్, JL, ఫెంగ్, QR & వాంగ్, GW సూపర్కండక్టింగ్ Bi-Sr-Ca-Cu-O యొక్క లేజర్-ప్రేరిత వోల్టేజ్ల కొలత. ఫిజ్. రెవ్. B 46, 5773–5776 (1992).
టేట్, కె.ఎల్., మరియు ఇతరులు. YBa2Cu3O7-x యొక్క గది-ఉష్ణోగ్రత ఫిల్మ్లలో తాత్కాలిక లేజర్-ప్రేరిత వోల్టేజ్లు. జె. అప్లైడ్ ఫిజిక్స్. 67, 4375–4376 (1990).
క్వోక్, HS & జెంగ్, JP YBa2Cu3O7 లో అసాధారణ ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రతిస్పందన. ఫిజ్. రెవ్. B 46, 3692–3695 (1992).
మురవోకా, వై., మురమాట్సు, టి., యమౌరా, జె. & హిరోయి, జెడ్. ఆక్సైడ్ హెటెరోస్ట్రక్చర్లో YBa2Cu3O7−x కు ఫోటోజెనరేటెడ్ హోల్ క్యారియర్ ఇంజెక్షన్. అప్లైడ్ ఫిజిక్స్ లెటర్స్ 85, 2950–2952 (2004).
అసకురా, డి. మరియు ఇతరులు. కాంతి ప్రకాశం కింద YBa2Cu3Oy సన్నని పొరల ఫోటోఎమిషన్ అధ్యయనం. ఫిజిక్స్ రివ్యూ లెటర్స్ 93, 247006 (2004).
యాంగ్, ఎఫ్. మరియు ఇతరులు. వివిధ ఆక్సిజన్ పాక్షిక పీడనంలో అనీల్ చేయబడిన YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb హెటెరోజంక్షన్ యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం. మెటీరియల్స్ లెటర్స్ 130, 51–53 (2014).
అమీనోవ్, బి.ఎ. మరియు ఇతరులు. Yb(Y)Ba2Cu3O7-x సింగిల్ క్రిస్టల్స్లో టూ-గ్యాప్ నిర్మాణం. జె. సూపర్కాండ్. 7, 361–365 (1994).
కబనోవ్, వి.వి., డెమ్సార్, జె., పోడోబ్నిక్, బి. & మిహైలోవిక్, డి. విభిన్న గ్యాప్ నిర్మాణాలతో కూడిన సూపర్కండక్టర్లలో క్వాసిపార్టికల్ రిలాక్సేషన్ డైనమిక్స్: YBa2Cu3O7-δ పై సిద్ధాంతం మరియు ప్రయోగాలు. ఫిజ్. రెవ్. బి 59, 1497–1506 (1999).
సన్, జె.ఆర్., జియాంగ్, సి.ఎం., జాంగ్, వై.జెడ్. & షెన్, బి.జి. YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb హెటెరోజంక్షన్ యొక్క రెక్టిఫైయింగ్ లక్షణాలు. అప్లైడ్ ఫిజిక్స్ లెటర్స్ 87, 222501 (2005).
కమరాస్, కె., పోర్టర్, సిడి, డాస్, ఎంజి, హెర్, ఎస్ఎల్ & టానర్, డిబి YBa2Cu3O7-δ లో ఎక్సైటోనిక్ శోషణ మరియు సూపర్కండక్టివిటీ. ఫిజ్. రెవ్. లెట్. 59, 919–922 (1987).
యు, జి., హీగర్, ఎ.జె. & స్టకీ, జి. YBa2Cu3O6.3 యొక్క సెమీకండక్టింగ్ సింగిల్ క్రిస్టల్స్లో తాత్కాలిక ఫోటోఇండ్యూస్డ్ కండక్టివిటీ: ఫోటోఇండ్యూస్డ్ మెటాలిక్ స్టేట్ మరియు ఫోటోఇండ్యూస్డ్ సూపర్కండక్టివిటీ కోసం అన్వేషణ. సాలిడ్ స్టేట్ కమ్యూన్. 72, 345–349 (1989).
మెక్మిలన్, WL సూపర్కండక్టింగ్ ప్రాక్సిమిటీ ఎఫెక్ట్ యొక్క టన్నెలింగ్ మోడల్. ఫిజిక్స్ రివ్యూ 175, 537–542 (1968).
గుయెరాన్, ఎస్. మరియు ఇతరులు. మెసోస్కోపిక్ పొడవు స్కేల్పై పరిశీలించబడిన సూపర్కండక్టింగ్ ప్రాక్సిమిటీ ఎఫెక్ట్. ఫిజిక్స్ రివ్యూ లెటర్స్ 77, 3025–3028 (1996).
అన్నూన్జియాటా, జి. & మాన్స్కే, డి. నాన్సెంట్రోసిమెట్రిక్ సూపర్కండక్టర్లతో సామీప్య ప్రభావం. ఫిజ్. రెవ్. బి 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Pb-Bi2Te3 హైబ్రిడ్ నిర్మాణాలలో బలమైన సూపర్ కండక్టింగ్ ప్రాక్సిమిటీ ఎఫెక్ట్. సై. రెప్. 2, 339 (2012).
చాపిన్, డి.ఎం., ఫుల్లర్, సి.ఎస్. & పియర్సన్, జి.ఎల్. సౌర వికిరణాన్ని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చడానికి ఒక కొత్త సిలికాన్ పిఎన్ జంక్షన్ ఫోటోసెల్. జె. యాప్. ఫిజ్. 25, 676–677 (1954).
టోమిమోటో, కె. Zn- లేదా Ni- డోప్ చేయబడిన YBa2Cu3O6.9 సింగిల్ క్రిస్టల్స్లో సూపర్కండక్టింగ్ కోహెరెన్స్ పొడవుపై మలినాల ప్రభావాలు. ఫిజ్. రెవ్. బి 60, 114–117 (1999).
ఆండో, వై. & సెగావా, కె. విస్తృత శ్రేణి డోపింగ్లో అన్ట్విన్డ్ YBa2Cu3Oy సింగిల్ క్రిస్టల్స్ యొక్క మాగ్నెటోరెసిస్టెన్స్: కోహెరెన్స్ పొడవు యొక్క అసాధారణ హోల్-డోపింగ్ ఆధారపడటం. ఫిజ్. రెవ్. లెట్. 88, 167005 (2002).
ఒబెర్టెల్లి, ఎస్.డి & కూపర్, జె.ఆర్ అధిక-T ఆక్సైడ్ల థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శక్తిలో క్రమబద్ధతలు. ఫిజ్. రెవ్. బి 46, 14928–14931, (1992).
సుగై, ఎస్. మరియు ఇతరులు. పి-రకం హై-టిసి సూపర్ కండక్టర్లలో కోహెరెంట్ పీక్ మరియు LO ఫోనాన్ మోడ్ యొక్క క్యారియర్-సాంద్రత-ఆధారిత మొమెంటం షిఫ్ట్. ఫిజ్. రెవ్. బి 68, 184504 (2003).
నోజిమా, టి. మరియు ఇతరులు. విద్యుత్ రసాయన పద్ధతిని ఉపయోగించి YBa2Cu3Oy సన్నని పొరలలో రంధ్రాల తగ్గింపు మరియు ఎలక్ట్రాన్ల సంచయం: n-రకం లోహ స్థితికి సాక్ష్యం. ఫిజ్. రెవ్. బి 84, 020502 (2011).
టంగ్, ఆర్.టి. షాట్కీ అవరోధ ఎత్తు యొక్క భౌతిక శాస్త్రం మరియు రసాయన శాస్త్రం. అప్లైడ్ ఫిజిక్స్ లెటర్స్ 1, 011304 (2014).
సాయి-హలాజ్, జి.ఎ., చి, సి.సి., డెనెన్స్టెయిన్, ఎ. & లాంగెన్బర్గ్, డి.ఎన్. సూపర్కండక్టింగ్ ఫిల్మ్లలో డైనమిక్ బాహ్య జత విచ్ఛిన్నం యొక్క ప్రభావాలు. ఫిజ్. రెవ్. లెట్. 33, 215–219 (1974).
నీవా, జి. మరియు ఇతరులు. సూపర్కండక్టివిటీ యొక్క ఫోటోఇండ్యూస్డ్ పెంపు. అప్లైడ్ ఫిజిక్స్ లెటర్స్ 60, 2159–2161 (1992).
కుడినోవ్, VI మరియు ఇతరులు. లోహ మరియు అతివాహక దశల వైపు ఫోటోడోపింగ్ పద్ధతిగా YBa2Cu3O6+x ఫిల్మ్లలో నిరంతర ఫోటోవాహకత్వం. ఫిజిక్స్ రివ్యూ B 14, 9017–9028 (1993).
మాంకోవ్స్కీ, ఆర్. మరియు ఇతరులు. YBa2Cu3O6.5 లో మెరుగైన సూపర్కండక్టివిటీకి ఆధారంగా నాన్లీనియర్ లాటిస్ డైనమిక్స్. నేచర్ 516, 71–74 (2014).
ఫౌస్టి, డి. మరియు ఇతరులు. చారల క్రమబద్ధమైన క్యూప్రేట్లో కాంతి-ప్రేరిత సూపర్కండక్టివిటీ. సైన్స్ 331, 189–191 (2011).
ఎల్-అదావి, MK & అల్-నుయైమ్, IA సౌర ఘటం యొక్క సామర్థ్యానికి సంబంధించి VOC యొక్క ఉష్ణోగ్రత క్రియాత్మక ఆధారపడటం ఒక కొత్త విధానం. డీసాలినేషన్ 209, 91–96 (2007).
వెర్నాన్, SM & ఆండర్సన్, WA షాట్కీ-బారియర్ సిలికాన్ సోలార్ సెల్స్లో ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాలు. అప్లైడ్ ఫిజిక్స్ లెటర్స్ 26, 707 (1975).
కాట్జ్, EA, ఫైమాన్, D. & తులధర్, SM ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులలో పాలిమర్-ఫుల్లరీన్ సౌర కణాల ఫోటోవోల్టాయిక్ పరికర పారామితుల కోసం ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటం. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
ఈ పనికి చైనా జాతీయ సహజ శాస్త్ర ఫౌండేషన్ (గ్రాంట్ నెం. 60571063), చైనాలోని హెనాన్ ప్రావిన్స్ ప్రాథమిక పరిశోధన ప్రాజెక్టులు (గ్రాంట్ నెం. 122300410231) మద్దతు ఇచ్చాయి.
FY ఈ పత్రం యొక్క పాఠ్యాన్ని రచించారు మరియు MYH YBCO సిరామిక్ నమూనాను సిద్ధం చేశారు. FY మరియు MYH ప్రయోగాన్ని నిర్వహించి, ఫలితాలను విశ్లేషించారు. FGC ఈ ప్రాజెక్ట్కు మరియు డేటా యొక్క శాస్త్రీయ వివరణకు నాయకత్వం వహించారు. రచయితలందరూ ఈ మాన్యుస్క్రిప్ట్ను సమీక్షించారు.
ఈ రచన క్రియేటివ్ కామన్స్ అట్రిబ్యూషన్ 4.0 అంతర్జాతీయ లైసెన్స్ క్రింద లైసెన్స్ చేయబడింది. ఈ వ్యాసంలోని చిత్రాలు లేదా ఇతర మూడవ పక్షం మెటీరియల్, క్రెడిట్ లైన్లో వేరే విధంగా సూచించకపోతే తప్ప, వ్యాసం యొక్క క్రియేటివ్ కామన్స్ లైసెన్స్లో చేర్చబడ్డాయి; ఒకవేళ ఆ మెటీరియల్ క్రియేటివ్ కామన్స్ లైసెన్స్ క్రింద చేర్చబడకపోతే, వినియోగదారులు ఆ మెటీరియల్ను పునరుత్పత్తి చేయడానికి లైసెన్స్ హోల్డర్ నుండి అనుమతి పొందవలసి ఉంటుంది. ఈ లైసెన్స్ కాపీని చూడటానికి, http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ని సందర్శించండి.
యాంగ్, ఎఫ్., హాన్, ఎం. & చాంగ్, ఎఫ్. సూపర్కండక్టింగ్ YBa2Cu3O6.96 సిరామిక్స్లో ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం యొక్క మూలం. సైన్స్ రిపోర్ట్స్ 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
వ్యాఖ్యను సమర్పించడం ద్వారా మీరు మా నిబంధనలు మరియు కమ్యూనిటీ మార్గదర్శకాలకు కట్టుబడి ఉంటారని అంగీకరిస్తున్నారు. ఏదైనా అభ్యంతరకరంగా లేదా మా నిబంధనలు లేదా మార్గదర్శకాలకు అనుగుణంగా లేదని మీరు భావిస్తే, దయచేసి దానిని అనుచితమైనదిగా ఫ్లాగ్ చేయండి.
పోస్ట్ చేసిన సమయం: ఏప్రిల్-22-2020