nature.com ని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు CSS కి పరిమిత మద్దతు ఉన్న బ్రౌజర్ వెర్షన్ను ఉపయోగిస్తున్నారు. ఉత్తమ అనుభవాన్ని పొందడానికి, మీరు మరింత తాజా బ్రౌజర్ని ఉపయోగించమని మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్ప్లోరర్లో అనుకూలత మోడ్ను ఆఫ్ చేయండి). ఈలోగా, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము శైలులు మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్ను ప్రదర్శిస్తున్నాము.
YBa2Cu3O6.96 (YBCO) సిరామిక్లో బ్లూ-లేజర్ ప్రకాశం ద్వారా ప్రేరేపించబడిన 50 మరియు 300 K మధ్య అద్భుతమైన ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాన్ని మేము నివేదిస్తాము, ఇది YBCO యొక్క సూపర్ కండక్టివిటీ మరియు YBCO-మెటాలిక్ ఎలక్ట్రోడ్ ఇంటర్ఫేస్కు నేరుగా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. YBCO సూపర్ కండక్టింగ్ నుండి రెసిస్టివ్ స్థితికి పరివర్తన చెందినప్పుడు ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc మరియు షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ Isc కోసం ధ్రువణత రివర్సల్ ఉంటుంది. సూపర్ కండక్టింగ్-సాధారణ మెటల్ ఇంటర్ఫేస్లో విద్యుత్ పొటెన్షియల్ ఉందని మేము చూపిస్తాము, ఇది ఫోటో-ప్రేరిత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలకు విభజన శక్తిని అందిస్తుంది. YBCO సూపర్ కండక్టింగ్ చేస్తున్నప్పుడు ఈ ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ YBCO నుండి మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్కు నిర్దేశిస్తుంది మరియు YBCO నాన్సూపర్ కండక్టింగ్గా మారినప్పుడు వ్యతిరేక దిశకు మారుతుంది. YBCO సూపర్ కండక్టింగ్ చేస్తున్నప్పుడు మరియు దాని విలువ 50 K వద్ద ~10–8 mVగా అంచనా వేయబడినప్పుడు మెటల్-సూపర్ కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ వద్ద సామీప్య ప్రభావంతో పొటెన్షియల్ యొక్క మూలం సులభంగా సంబంధం కలిగి ఉండవచ్చు మరియు దాని విలువ 502 mW/cm2 లేజర్ తీవ్రతతో 50 K వద్ద ~10–8 mVగా అంచనా వేయబడుతుంది. సాధారణ స్థితిలో p-రకం పదార్థం YBCO ను n-రకం పదార్థం Ag-పేస్ట్ తో కలపడం వలన క్వాసి-pn జంక్షన్ ఏర్పడుతుంది, ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద YBCO సిరామిక్స్ యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రవర్తనకు బాధ్యత వహిస్తుంది. మా పరిశోధనలు ఫోటాన్-ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల యొక్క కొత్త అనువర్తనాలకు మార్గం సుగమం చేస్తాయి మరియు సూపర్ కండక్టర్-మెటల్ ఇంటర్ఫేస్ వద్ద సామీప్య ప్రభావంపై మరింత వెలుగునిస్తాయి.
1990ల ప్రారంభంలో అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్కండక్టర్లలో ఫోటో-ప్రేరిత వోల్టేజ్ నివేదించబడింది మరియు అప్పటి నుండి విస్తృతంగా పరిశోధించబడింది, అయినప్పటికీ దాని స్వభావం మరియు యంత్రాంగం స్థిరంగా లేదు1,2,3,4,5. ముఖ్యంగా YBa2Cu3O7-δ (YBCO) సన్నని ఫిల్మ్లు6,7,8, దాని సర్దుబాటు చేయగల శక్తి అంతరం9,10,11,12,13 కారణంగా ఫోటోవోల్టాయిక్ (PV) సెల్ రూపంలో తీవ్రంగా అధ్యయనం చేయబడతాయి. అయితే, ఉపరితలం యొక్క అధిక నిరోధకత ఎల్లప్పుడూ పరికరం యొక్క తక్కువ మార్పిడి సామర్థ్యానికి దారితీస్తుంది మరియు YBCO8 యొక్క ప్రాథమిక PV లక్షణాలను ముసుగు చేస్తుంది. ఇక్కడ మేము YBa2Cu3O6.96 (YBCO) సిరామిక్లో 50 మరియు 300 K (Tc ~ 90 K) మధ్య బ్లూ-లేజర్ (λ = 450 nm) ప్రకాశం ద్వారా ప్రేరేపించబడిన అద్భుతమైన ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాన్ని నివేదిస్తాము. PV ప్రభావం YBCO యొక్క సూపర్కండక్టివిటీ మరియు YBCO-మెటాలిక్ ఎలక్ట్రోడ్ ఇంటర్ఫేస్ యొక్క స్వభావానికి నేరుగా సంబంధం కలిగి ఉందని మేము చూపిస్తాము. YBCO సూపర్ కండక్టింగ్ దశ నుండి రెసిస్టివ్ స్థితికి పరివర్తన చెందినప్పుడు ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc మరియు షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ Isc లకు ధ్రువణత తిరోగమనం ఉంటుంది. సూపర్ కండక్టర్-సాధారణ మెటల్ ఇంటర్ఫేస్లో విద్యుత్ పొటెన్షియల్ ఉంటుందని ప్రతిపాదించబడింది, ఇది ఫోటో-ప్రేరిత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలకు విభజన శక్తిని అందిస్తుంది. YBCO సూపర్ కండక్టింగ్ చేస్తున్నప్పుడు ఈ ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ YBCO నుండి మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్కు నిర్దేశిస్తుంది మరియు నమూనా నాన్సూపర్ కండక్టింగ్ అయినప్పుడు వ్యతిరేక దిశకు మారుతుంది. YBCO సూపర్ కండక్టింగ్ చేస్తున్నప్పుడు మెటల్-సూపర్ కండక్టింగ్ ఇంటర్ఫేస్లో పొటెన్షియల్ యొక్క మూలం సహజంగా సామీప్య ప్రభావంతో సంబంధం కలిగి ఉండవచ్చు మరియు దాని విలువ 50 K వద్ద 502 mW/cm2 లేజర్ తీవ్రతతో ~10−8 mVగా అంచనా వేయబడుతుంది. సాధారణ స్థితిలో p-రకం మెటీరియల్ YBCO మరియు n-రకం మెటీరియల్ Ag-పేస్ట్ కలయిక, చాలా మటుకు, అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద YBCO సిరామిక్స్ యొక్క PV ప్రవర్తనకు కారణమయ్యే క్వాసి-pn జంక్షన్ను ఏర్పరుస్తుంది. మా పరిశీలనలు అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్కండక్టింగ్ YBCO సిరామిక్స్లో PV ప్రభావం యొక్క మూలంపై మరింత వెలుగునిస్తాయి మరియు ఫాస్ట్ పాసివ్ లైట్ డిటెక్టర్ మొదలైన ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల్లో దాని అనువర్తనానికి మార్గం సుగమం చేస్తాయి.
50 K వద్ద YBCO సిరామిక్ నమూనా యొక్క IV లక్షణాలు Figure 1a–c లో చూపబడ్డాయి. కాంతి ప్రకాశం లేకుండా, సూపర్ కండక్టింగ్ పదార్థం నుండి ఆశించినట్లుగా, మారుతున్న కరెంట్తో నమూనా అంతటా వోల్టేజ్ సున్నా వద్దనే ఉంటుంది. లేజర్ పుంజం కాథోడ్ వద్ద దర్శకత్వం వహించినప్పుడు స్పష్టమైన ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం కనిపిస్తుంది (Fig. 1a): I-అక్షానికి సమాంతరంగా ఉన్న IV వక్రతలు పెరుగుతున్న లేజర్ తీవ్రతతో క్రిందికి కదులుతాయి. ఎటువంటి కరెంట్ లేకుండా కూడా ప్రతికూల ఫోటో-ప్రేరిత వోల్టేజ్ ఉందని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది (తరచుగా ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc అని పిలుస్తారు). IV వక్రరేఖ యొక్క సున్నా వాలు నమూనా ఇప్పటికీ లేజర్ ప్రకాశం కింద సూపర్ కండక్టింగ్ అవుతుందని సూచిస్తుంది.
(a–c) మరియు 300 K (e–g). V(I) విలువలు వాక్యూమ్లో −10 mA నుండి +10 mA వరకు కరెంట్ను తుడుచుకోవడం ద్వారా పొందబడ్డాయి. స్పష్టత కోసం ప్రయోగాత్మక డేటాలో కొంత భాగాన్ని మాత్రమే ప్రस्तुतించారు. కాథోడ్ (i) వద్ద ఉంచబడిన లేజర్ స్పాట్తో కొలవబడిన YBCO యొక్క కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణాలు. అన్ని IV వక్రతలు క్షితిజ సమాంతర సరళ రేఖలు, లేజర్ వికిరణంతో నమూనా ఇప్పటికీ సూపర్ కండక్టింగ్ అవుతుందని సూచిస్తున్నాయి. లేజర్ తీవ్రత పెరుగుతున్న కొద్దీ వక్రరేఖ క్రిందికి కదులుతుంది, సున్నా కరెంట్తో కూడా రెండు వోల్టేజ్ లీడ్ల మధ్య ప్రతికూల సంభావ్యత (Voc) ఉందని సూచిస్తుంది. ఈథర్ 50 K (b) లేదా 300 K (f) వద్ద నమూనా మధ్యలో లేజర్ను నిర్దేశించినప్పుడు IV వక్రతలు మారవు. ఆనోడ్ ప్రకాశించినప్పుడు క్షితిజ సమాంతర రేఖ పైకి కదులుతుంది (c). 50 K వద్ద మెటల్-సూపర్ కండక్టర్ జంక్షన్ యొక్క స్కీమాటిక్ మోడల్ dలో చూపబడింది. కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్ వద్ద లేజర్ పుంజంతో కొలవబడిన 300 K వద్ద సాధారణ స్థితి YBCO యొక్క కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణాలు వరుసగా e మరియు gలలో ఇవ్వబడ్డాయి. 50 K వద్ద ఫలితాలకు విరుద్ధంగా, సరళ రేఖల సున్నా కాని వాలు YBCO సాధారణ స్థితిలో ఉందని సూచిస్తుంది; Voc విలువలు వ్యతిరేక దిశలో కాంతి తీవ్రతతో మారుతూ ఉంటాయి, ఇది వేరే ఛార్జ్ సెపరేషన్ మెకానిజమ్ను సూచిస్తుంది. 300 K వద్ద సాధ్యమయ్యే ఇంటర్ఫేస్ నిర్మాణం hjలో లీడ్లతో నమూనా యొక్క వాస్తవ చిత్రంగా చిత్రీకరించబడింది.
సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితిలో ఆక్సిజన్ అధికంగా ఉండే YBCO దాని చాలా తక్కువ శక్తి అంతరం (ఉదా) కారణంగా సూర్యరశ్మి యొక్క పూర్తి వర్ణపటాన్ని గ్రహించగలదు (ఉదా)9,10, తద్వారా ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను (e–h) సృష్టిస్తుంది. ఫోటాన్లను గ్రహించడం ద్వారా ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Vocని ఉత్పత్తి చేయడానికి, పునఃసంయోగం జరిగే ముందు ఫోటో-ఉత్పత్తి చేయబడిన eh జతలను ప్రాదేశికంగా వేరు చేయడం అవసరం18. Fig. 1iలో సూచించిన విధంగా కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్కి సంబంధించి ప్రతికూల Voc, మెటల్-సూపర్ కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్లో విద్యుత్ పొటెన్షియల్ ఉందని సూచిస్తుంది, ఇది ఎలక్ట్రాన్లను ఆనోడ్కు మరియు కాథోడ్కు రంధ్రాలను స్వైప్ చేస్తుంది. ఇదే జరిగితే, సూపర్ కండక్టర్ నుండి ఆనోడ్ వద్ద మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్కు సూచించే పొటెన్షియల్ కూడా ఉండాలి. తత్ఫలితంగా, ఆనోడ్ దగ్గర ఉన్న నమూనా ప్రాంతం ప్రకాశిస్తే సానుకూల Voc లభిస్తుంది. ఇంకా, లేజర్ స్పాట్ను ఎలక్ట్రోడ్లకు దూరంగా ఉన్న ప్రాంతాలకు సూచించినప్పుడు ఫోటో-ప్రేరిత వోల్టేజీలు ఉండకూడదు. Fig. 1b,c! నుండి చూడగలిగినట్లుగా ఇది ఖచ్చితంగా జరుగుతుంది.
కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ నుండి నమూనా మధ్యలోకి (ఇంటర్ఫేస్ల నుండి దాదాపు 1.25 మిమీ దూరంలో) కాంతి బిందువు కదిలినప్పుడు, అందుబాటులో ఉన్న గరిష్ట విలువకు లేజర్ తీవ్రతను పెంచడంతో IV వక్రతలు మరియు Voc యొక్క వైవిధ్యం గమనించబడదు (Fig. 1b). సహజంగానే, ఈ ఫలితాన్ని ఫోటో-ప్రేరిత క్యారియర్ల పరిమిత జీవితకాలం మరియు నమూనాలో విభజన శక్తి లేకపోవడం వల్ల ఆపాదించవచ్చు. నమూనా ప్రకాశించబడినప్పుడల్లా ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను సృష్టించవచ్చు, కానీ చాలా e–h జతలను నాశనం చేస్తారు మరియు లేజర్ స్పాట్ ఏదైనా ఎలక్ట్రోడ్ల నుండి దూరంగా ఉన్న ప్రాంతాలపై పడితే ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం గమనించబడదు. లేజర్ స్పాట్ను యానోడ్ ఎలక్ట్రోడ్లకు తరలించినప్పుడు, I-అక్షానికి సమాంతరంగా ఉన్న IV వక్రతలు లేజర్ తీవ్రత పెరుగుతున్నప్పుడు పైకి కదులుతాయి (Fig. 1c). ఆనోడ్ వద్ద మెటల్-సూపర్కండక్టర్ జంక్షన్లో ఇలాంటి అంతర్నిర్మిత విద్యుత్ క్షేత్రం ఉంది. అయితే, ఈసారి లోహ ఎలక్ట్రోడ్ పరీక్ష వ్యవస్థ యొక్క సానుకూల లీడ్కు కనెక్ట్ అవుతుంది. లేజర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన రంధ్రాలు ఆనోడ్ లీడ్కి నెట్టబడతాయి మరియు తద్వారా సానుకూల Voc గమనించబడుతుంది. ఇక్కడ సమర్పించబడిన ఫలితాలు సూపర్ కండక్టర్ నుండి మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్కు సూచించే ఇంటర్ఫేస్ సంభావ్యత వాస్తవానికి ఉందని బలమైన ఆధారాలను అందిస్తాయి.
300 K వద్ద YBa2Cu3O6.96 సిరామిక్స్లో ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం Fig. 1e–gలో చూపబడింది. కాంతి ప్రకాశం లేకుండా, నమూనా యొక్క IV వక్రరేఖ మూలాన్ని దాటే సరళ రేఖ. ఈ సరళ రేఖ కాథోడ్ లీడ్ల వద్ద పెరుగుతున్న లేజర్ తీవ్రతతో అసలు దానికి సమాంతరంగా పైకి కదులుతుంది (Fig. 1e). ఫోటోవోల్టాయిక్ పరికరానికి ఆసక్తి కలిగించే రెండు పరిమితం చేసే కేసులు ఉన్నాయి. V = 0 అయినప్పుడు షార్ట్-సర్క్యూట్ పరిస్థితి ఏర్పడుతుంది. ఈ సందర్భంలో కరెంట్ను షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ (Isc)గా సూచిస్తారు. రెండవ పరిమితి కేసు ఓపెన్-సర్క్యూట్ పరిస్థితి (Voc), ఇది R→∞ లేదా కరెంట్ సున్నా అయినప్పుడు సంభవిస్తుంది. 50 K వద్ద పొందిన ఫలితానికి భిన్నంగా, Voc సానుకూలంగా ఉందని మరియు పెరుగుతున్న కాంతి తీవ్రతతో పెరుగుతుందని చిత్రం 1e స్పష్టంగా చూపిస్తుంది; కాంతి ప్రకాశంతో పరిమాణంలో పెరుగుదలను ప్రతికూల Isc గమనించవచ్చు, ఇది సాధారణ సౌర ఘటాల యొక్క సాధారణ ప్రవర్తన.
అదేవిధంగా, లేజర్ పుంజం ఎలక్ట్రోడ్ల నుండి దూరంగా ఉన్న ప్రాంతాలపై గురిపెట్టినప్పుడు, V(I) వక్రరేఖ లేజర్ తీవ్రత నుండి స్వతంత్రంగా ఉంటుంది మరియు ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం కనిపించదు (Fig. 1f). 50 K వద్ద కొలత మాదిరిగానే, ఆనోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ వికిరణం చేయబడినప్పుడు IV వక్రతలు వ్యతిరేక దిశకు కదులుతాయి (Fig. 1g). నమూనా యొక్క వివిధ స్థానాల్లో లేజర్ వికిరణంతో 300 K వద్ద ఈ YBCO-Ag పేస్ట్ సిస్టమ్ కోసం పొందిన ఈ ఫలితాలన్నీ 50 K వద్ద గమనించిన దానికి వ్యతిరేక ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్తో స్థిరంగా ఉంటాయి.
సూపర్ కండక్టింగ్ YBCOలో దాని పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత Tc కంటే తక్కువకు చాలా ఎలక్ట్రాన్లు కూపర్ జతలలో ఘనీభవిస్తాయి. లోహ ఎలక్ట్రోడ్లో ఉన్నప్పుడు, అన్ని ఎలక్ట్రాన్లు ఏకవచన రూపంలో ఉంటాయి. లోహ-సూపర్ కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ సమీపంలోని ఏకవచన ఎలక్ట్రాన్లు మరియు కూపర్ జతల రెండింటికీ పెద్ద సాంద్రత ప్రవణత ఉంది. లోహ పదార్థంలోని మెజారిటీ-క్యారియర్ ఏకవచన ఎలక్ట్రాన్లు సూపర్ కండక్టర్ ప్రాంతంలోకి వ్యాపిస్తాయి, అయితే YBCO ప్రాంతంలోని మెజారిటీ-క్యారియర్ కూపర్-జతలు లోహ ప్రాంతంలోకి వ్యాపిస్తాయి. కూపర్ జతలు YBCO నుండి లోహ ప్రాంతంలోకి వ్యాపనం చెందే ఏకవచన ఎలక్ట్రాన్ల కంటే ఎక్కువ ఛార్జీలను మోసుకెళ్లడం మరియు పెద్ద చలనశీలతను కలిగి ఉండటం వలన, సానుకూలంగా చార్జ్ చేయబడిన అణువులు మిగిలిపోతాయి, ఫలితంగా స్పేస్ ఛార్జ్ ప్రాంతంలో విద్యుత్ క్షేత్రం ఏర్పడుతుంది. ఈ విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క దిశ స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం Fig. 1dలో చూపబడింది. స్పేస్ ఛార్జ్ ప్రాంతానికి సమీపంలో ఉన్న సంఘటన ఫోటాన్ ప్రకాశం eh జతలను సృష్టించగలదు, అవి వేరు చేయబడి, రివర్స్-బయాస్ దిశలో ఫోటోకరెంట్ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ఎలక్ట్రాన్లు బిల్డ్-ఇన్ ఎలక్ట్రికల్ ఫీల్డ్ నుండి బయటకు వచ్చిన వెంటనే, అవి జతలుగా ఘనీభవించబడతాయి మరియు నిరోధకత లేకుండా ఇతర ఎలక్ట్రోడ్కు ప్రవహిస్తాయి. ఈ సందర్భంలో, Voc ముందుగా సెట్ చేయబడిన ధ్రువణతకు విరుద్ధంగా ఉంటుంది మరియు లేజర్ పుంజం ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ చుట్టూ ఉన్న ప్రాంతాన్ని సూచించినప్పుడు ప్రతికూల విలువను ప్రదర్శిస్తుంది. Voc విలువ నుండి, ఇంటర్ఫేస్ అంతటా పొటెన్షియల్ను అంచనా వేయవచ్చు: రెండు వోల్టేజ్ లీడ్ల మధ్య దూరం d ~5 × 10−3 m, మెటల్-సూపర్కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ యొక్క మందం, di, YBCO సూపర్కండక్టర్ (~1 nm)19,20 యొక్క కోహెరెన్స్ పొడవు వలె అదే పరిమాణంలో ఉండాలి, Voc = 0.03 mV విలువను తీసుకోండి, మెటల్-సూపర్కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ వద్ద పొటెన్షియల్ Vms 50 K వద్ద 502 mW/cm2 లేజర్ తీవ్రతతో ~10−11 Vగా అంచనా వేయబడుతుంది, సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి,
ఫోటో-ప్రేరిత వోల్టేజ్ను ఫోటో థర్మల్ ఎఫెక్ట్ ద్వారా వివరించలేమని మేము ఇక్కడ నొక్కి చెప్పాలనుకుంటున్నాము. సూపర్ కండక్టర్ YBCO యొక్క సీబెక్ గుణకం Ss = 021 అని ప్రయోగాత్మకంగా నిర్ధారించబడింది. రాగి సీసపు తీగలకు సీబెక్ గుణకం SCu = 0.34–1.15 μV/K3 పరిధిలో ఉంటుంది. లేజర్ స్పాట్ వద్ద రాగి తీగ యొక్క ఉష్ణోగ్రతను 50 K వద్ద గరిష్ట లేజర్ తీవ్రతతో 0.06 K యొక్క చిన్న మొత్తంలో పెంచవచ్చు. ఇది 6.9 × 10−8 V యొక్క థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పొటెన్షియల్ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది Fig 1 (a) లో పొందిన Voc కంటే మూడు ఆర్డర్ల పరిమాణం తక్కువగా ఉంటుంది. ప్రయోగాత్మక ఫలితాలను వివరించడానికి థర్మోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం చాలా చిన్నదని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది. వాస్తవానికి, లేజర్ వికిరణం వల్ల కలిగే ఉష్ణోగ్రత వైవిధ్యం ఒక నిమిషం కంటే తక్కువ సమయంలో అదృశ్యమవుతుంది, తద్వారా థర్మల్ ప్రభావం నుండి వచ్చే సహకారాన్ని సురక్షితంగా విస్మరించవచ్చు.
గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద YBCO యొక్క ఈ ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం ఇక్కడ వేరే ఛార్జ్ సెపరేషన్ మెకానిజం ఉందని వెల్లడిస్తుంది. సాధారణ స్థితిలో సూపర్ కండక్టింగ్ YBCO అనేది ఛార్జ్ క్యారియర్గా రంధ్రాలతో కూడిన p-రకం పదార్థం22,23, అయితే మెటాలిక్ Ag-పేస్ట్ n-రకం పదార్థం యొక్క లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. pn జంక్షన్ల మాదిరిగానే, వెండి పేస్ట్లోని ఎలక్ట్రాన్ల వ్యాప్తి మరియు YBCO సిరామిక్లోని రంధ్రాలు ఇంటర్ఫేస్ వద్ద YBCO సిరామిక్ను సూచించే అంతర్గత విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని ఏర్పరుస్తాయి (Fig. 1h). ఈ అంతర్గత క్షేత్రమే విభజన శక్తిని అందిస్తుంది మరియు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద YBCO-Ag పేస్ట్ వ్యవస్థకు సానుకూల Voc మరియు ప్రతికూల Iscకి దారితీస్తుంది, Fig. 1eలో చూపిన విధంగా. ప్రత్యామ్నాయంగా, Ag-YBCO ఒక p-రకం షాట్కీ జంక్షన్ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది పైన ప్రదర్శించబడిన మోడల్లో ఉన్న అదే ధ్రువణతతో ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్కు కూడా దారితీస్తుంది24.
YBCO యొక్క సూపర్ కండక్టింగ్ పరివర్తన సమయంలో ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాల వివరణాత్మక పరిణామ ప్రక్రియను పరిశోధించడానికి, 80 K వద్ద నమూనా యొక్క IV వక్రతలను కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ప్రకాశించే ఎంచుకున్న లేజర్ తీవ్రతలతో కొలుస్తారు (Fig. 2). లేజర్ వికిరణం లేకుండా, నమూనా అంతటా వోల్టేజ్ కరెంట్తో సంబంధం లేకుండా సున్నా వద్ద ఉంటుంది, ఇది 80 K వద్ద నమూనా యొక్క సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితిని సూచిస్తుంది (Fig. 2a). 50 K వద్ద పొందిన డేటా మాదిరిగానే, I-అక్షానికి సమాంతరంగా IV వక్రతలు క్లిష్టమైన విలువ Pc చేరుకునే వరకు పెరుగుతున్న లేజర్ తీవ్రతతో క్రిందికి కదులుతాయి. ఈ క్లిష్టమైన లేజర్ తీవ్రత (Pc) పైన, సూపర్ కండక్టర్ సూపర్ కండక్టింగ్ దశ నుండి రెసిస్టివ్ దశకు పరివర్తన చెందుతుంది; సూపర్ కండక్టర్లో నిరోధకత కనిపించడం వల్ల వోల్టేజ్ కరెంట్తో పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది. ఫలితంగా, IV వక్రత I-అక్షం మరియు V-అక్షంతో ఖండన ప్రారంభమవుతుంది, ఇది మొదట ప్రతికూల Voc మరియు సానుకూల Iscకి దారితీస్తుంది. ఇప్పుడు నమూనా ప్రత్యేక స్థితిలో ఉన్నట్లు అనిపిస్తుంది, దీనిలో Voc మరియు Isc యొక్క ధ్రువణత కాంతి తీవ్రతకు చాలా సున్నితంగా ఉంటుంది; కాంతి తీవ్రతలో చాలా తక్కువ పెరుగుదలతో Isc సానుకూల నుండి ప్రతికూలంగా మరియు Voc ప్రతికూల నుండి సానుకూల విలువగా మార్చబడుతుంది, మూలాన్ని దాటిపోతుంది (ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాల యొక్క అధిక సున్నితత్వం, ముఖ్యంగా Isc విలువ, కాంతి ప్రకాశానికి Fig. 2bలో మరింత స్పష్టంగా చూడవచ్చు). అందుబాటులో ఉన్న అత్యధిక లేజర్ తీవ్రత వద్ద, IV వక్రతలు ఒకదానికొకటి సమాంతరంగా ఉండాలని ఉద్దేశించబడ్డాయి, ఇది YBCO నమూనా యొక్క సాధారణ స్థితిని సూచిస్తుంది.
లేజర్ స్పాట్ సెంటర్ కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ల చుట్టూ ఉంచబడింది (Fig. 1i చూడండి). a, వివిధ లేజర్ తీవ్రతలతో వికిరణం చేయబడిన YBCO యొక్క IV వక్రతలు. b (పైభాగం), ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc యొక్క లేజర్ తీవ్రత ఆధారపడటం మరియు షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ Isc. నమూనా సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితిలో ఉన్నప్పుడు IV వక్రతలు I-అక్షానికి సమాంతరంగా ఉన్నందున తక్కువ కాంతి తీవ్రత (< 110 mW/cm2) వద్ద Isc విలువలను పొందలేము. b (దిగువ), లేజర్ తీవ్రత యొక్క విధిగా అవకలన నిరోధకత.
80 K వద్ద Voc మరియు Isc యొక్క లేజర్ తీవ్రత ఆధారపడటం Fig. 2b (పైభాగం)లో చూపబడింది. కాంతి తీవ్రత యొక్క మూడు ప్రాంతాలలో ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలను చర్చించవచ్చు. మొదటి ప్రాంతం 0 మరియు Pc మధ్య ఉంటుంది, దీనిలో YBCO సూపర్ కండక్టింగ్ చేస్తుంది, Voc ప్రతికూలంగా ఉంటుంది మరియు కాంతి తీవ్రతతో తగ్గుతుంది (సంపూర్ణ విలువ పెరుగుతుంది) మరియు Pc వద్ద కనిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటుంది. రెండవ ప్రాంతం Pc నుండి మరొక క్లిష్టమైన తీవ్రత P0 వరకు ఉంటుంది, దీనిలో Voc పెరుగుతుంది, అయితే పెరుగుతున్న కాంతి తీవ్రతతో Isc తగ్గుతుంది మరియు రెండూ P0 వద్ద సున్నాకి చేరుకుంటాయి. YBCO యొక్క సాధారణ స్థితికి చేరుకునే వరకు మూడవ ప్రాంతం P0 పైన ఉంటుంది. Voc మరియు Isc రెండూ ప్రాంతం 2లో ఉన్న విధంగానే కాంతి తీవ్రతతో మారుతున్నప్పటికీ, అవి క్లిష్టమైన తీవ్రత P0 పైన వ్యతిరేక ధ్రువణతను కలిగి ఉంటాయి. P0 యొక్క ప్రాముఖ్యత ఏమిటంటే ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం లేదు మరియు ఈ నిర్దిష్ట సమయంలో ఛార్జ్ విభజన విధానం గుణాత్మకంగా మారుతుంది. YBCO నమూనా ఈ కాంతి తీవ్రత పరిధిలో సూపర్ కండక్టింగ్ కానిదిగా మారుతుంది కానీ ఇంకా చేరుకోని సాధారణ స్థితి.
స్పష్టంగా, వ్యవస్థ యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలు YBCO యొక్క సూపర్ కండక్టివిటీ మరియు దాని సూపర్ కండక్టింగ్ పరివర్తనకు దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటాయి. YBCO యొక్క అవకలన నిరోధకత, dV/dI, లేజర్ తీవ్రత యొక్క విధిగా Fig. 2b (దిగువ)లో చూపబడింది. ముందు చెప్పినట్లుగా, సూపర్ కండక్టర్ నుండి లోహానికి కూపర్ జత వ్యాప్తి పాయింట్ల కారణంగా ఇంటర్ఫేస్లో బిల్డ్-ఇన్ ఎలక్ట్రిక్ పొటెన్షియల్. 50 K వద్ద గమనించిన మాదిరిగానే, లేజర్ తీవ్రత 0 నుండి Pcకి పెరగడంతో ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం మెరుగుపడుతుంది. లేజర్ తీవ్రత Pc కంటే కొంచెం ఎక్కువ విలువకు చేరుకున్నప్పుడు, IV వక్రత వంగడం ప్రారంభమవుతుంది మరియు నమూనా యొక్క నిరోధకత కనిపించడం ప్రారంభమవుతుంది, కానీ ఇంటర్ఫేస్ సంభావ్యత యొక్క ధ్రువణత ఇంకా మారలేదు. సూపర్ కండక్టివిటీపై ఆప్టికల్ ఉత్తేజిత ప్రభావం కనిపించే లేదా సమీప-IR ప్రాంతంలో పరిశోధించబడింది. ప్రాథమిక ప్రక్రియ కూపర్ జతలను విచ్ఛిన్నం చేయడం మరియు సూపర్ కండక్టివిటీని నాశనం చేయడం అయితే25,26, కొన్ని సందర్భాల్లో సూపర్ కండక్టివిటీ పరివర్తనను మెరుగుపరచవచ్చు27,28,29, సూపర్ కండక్టివిటీ యొక్క కొత్త దశలను కూడా ప్రేరేపించవచ్చు30. Pc వద్ద సూపర్ కండక్టివిటీ లేకపోవడాన్ని ఫోటో-ప్రేరిత జత విచ్ఛిన్నం కారణంగా చెప్పవచ్చు. పాయింట్ P0 వద్ద, ఇంటర్ఫేస్ అంతటా పొటెన్షియల్ సున్నా అవుతుంది, ఇది ఇంటర్ఫేస్ యొక్క రెండు వైపులా ఛార్జ్ సాంద్రత ఈ నిర్దిష్ట కాంతి ప్రకాశం తీవ్రత కింద ఒకే స్థాయికి చేరుకుంటుందని సూచిస్తుంది. లేజర్ తీవ్రతలో మరింత పెరుగుదల ఫలితంగా మరిన్ని కూపర్ జతలు నాశనం అవుతాయి మరియు YBCO క్రమంగా p-రకం పదార్థంగా రూపాంతరం చెందుతుంది. ఎలక్ట్రాన్ మరియు కూపర్ జత వ్యాప్తికి బదులుగా, ఇంటర్ఫేస్ యొక్క లక్షణం ఇప్పుడు ఎలక్ట్రాన్ మరియు హోల్ వ్యాప్తి ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది, ఇది ఇంటర్ఫేస్లో విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క ధ్రువణత తిరోగమనానికి దారితీస్తుంది మరియు తత్ఫలితంగా సానుకూల Voc (Fig.1d,h పోల్చండి). చాలా ఎక్కువ లేజర్ తీవ్రత వద్ద, YBCO యొక్క అవకలన నిరోధకత సాధారణ స్థితికి అనుగుణంగా ఉండే విలువకు సంతృప్తమవుతుంది మరియు Voc మరియు Isc రెండూ లేజర్ తీవ్రతతో సరళంగా మారుతూ ఉంటాయి (Fig. 2b). ఈ పరిశీలన సాధారణ స్థితిలో లేజర్ వికిరణం YBCO ఇకపై దాని నిరోధకతను మరియు సూపర్ కండక్టర్-మెటల్ ఇంటర్ఫేస్ యొక్క లక్షణాన్ని మార్చదు కానీ ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతల సాంద్రతను మాత్రమే పెంచుతుందని వెల్లడిస్తుంది.
ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలపై ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాన్ని పరిశోధించడానికి, లోహ-సూపర్ కండక్టర్ వ్యవస్థను కాథోడ్ వద్ద 502 mW/cm2 తీవ్రత కలిగిన నీలి లేజర్తో వికిరణం చేశారు. 50 మరియు 300 K మధ్య ఎంచుకున్న ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పొందిన IV వక్రతలు Fig. 3aలో ఇవ్వబడ్డాయి. ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc, షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ Isc మరియు అవకలన నిరోధకతను ఈ IV వక్రతల నుండి పొందవచ్చు మరియు Fig. 3bలో చూపబడ్డాయి. కాంతి ప్రకాశం లేకుండా, వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద కొలిచిన అన్ని IV వక్రతలు ఊహించిన విధంగా మూలాన్ని దాటిపోతాయి (Fig. 3a యొక్క ఇన్సెట్). వ్యవస్థను సాపేక్షంగా బలమైన లేజర్ పుంజం (502 mW/cm2) ద్వారా ప్రకాశింపజేసినప్పుడు IV లక్షణాలు పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో తీవ్రంగా మారుతాయి. తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద IV వక్రతలు Voc యొక్క ప్రతికూల విలువలతో I-అక్షానికి సమాంతరంగా సరళ రేఖలుగా ఉంటాయి. ఈ వక్రత పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో పైకి కదులుతుంది మరియు క్రమంగా క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రత Tcp వద్ద సున్నా కాని వాలుతో ఒక రేఖగా మారుతుంది (Fig. 3a (పైభాగం). అన్ని IV లక్షణ వక్రతలు మూడవ క్వాడ్రంట్లోని ఒక బిందువు చుట్టూ తిరుగుతున్నట్లు అనిపిస్తుంది. Voc ప్రతికూల విలువ నుండి సానుకూల విలువకు పెరుగుతుంది, అయితే Isc సానుకూల విలువ నుండి ప్రతికూల విలువకు తగ్గుతుంది. YBCO యొక్క అసలు సూపర్ కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత Tc పైన, IV వక్రరేఖ ఉష్ణోగ్రతతో భిన్నంగా మారుతుంది (Fig. 3a దిగువన). మొదట, IV వక్రరేఖల భ్రమణ కేంద్రం మొదటి క్వాడ్రంట్కు కదులుతుంది. రెండవది, Voc తగ్గుతూనే ఉంటుంది మరియు పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో Isc పెరుగుతుంది (Fig. 3b పైన). మూడవదిగా, IV వక్రరేఖల వాలు ఉష్ణోగ్రతతో సరళంగా పెరుగుతుంది, దీని ఫలితంగా YBCO (Fig. 3b దిగువన) నిరోధకత యొక్క సానుకూల ఉష్ణోగ్రత గుణకం ఏర్పడుతుంది.
502 mW/cm2 లేజర్ ప్రకాశం కింద YBCO-Ag పేస్ట్ సిస్టమ్ కోసం ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాల ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటం.
లేజర్ స్పాట్ సెంటర్ కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ల చుట్టూ ఉంచబడింది (Fig. 1i చూడండి). a, 50 నుండి 90 K (పైన) మరియు 100 నుండి 300 K (దిగువ) వరకు వరుసగా 5 K మరియు 20 K ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలతో పొందిన IV వక్రతలు. ఇన్సెట్ a చీకటిలో అనేక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద IV లక్షణాలను చూపుతుంది. అన్ని వక్రతలు మూల బిందువును దాటుతాయి. b, ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc మరియు షార్ట్ సర్క్యూట్ కరెంట్ Isc (పైన) మరియు ఉష్ణోగ్రత యొక్క విధిగా YBCO (దిగువ) యొక్క అవకలన నిరోధకత, dV/dI. సున్నా నిరోధక సూపర్ కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత Tcp ఇవ్వబడలేదు ఎందుకంటే ఇది Tc0 కి చాలా దగ్గరగా ఉంటుంది.
Fig. 3b నుండి మూడు కీలక ఉష్ణోగ్రతలను గుర్తించవచ్చు: Tcp, దాని పైన YBCO సూపర్ కండక్టింగ్ కానిదిగా మారుతుంది; Tc0, దీనిలో Voc మరియు Isc రెండూ సున్నాగా మారుతాయి మరియు Tc, లేజర్ వికిరణం లేకుండా YBCO యొక్క అసలు ప్రారంభ సూపర్ కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత. Tcp ~ 55 K క్రింద, లేజర్ వికిరణం చేయబడిన YBCO కూపర్ జతల సాపేక్షంగా అధిక సాంద్రతతో సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితిలో ఉంటుంది. లేజర్ వికిరణం యొక్క ప్రభావం ఫోటోవోల్టాయిక్ వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ను ఉత్పత్తి చేయడంతో పాటు కూపర్ జత సాంద్రతను తగ్గించడం ద్వారా సున్నా నిరోధక సూపర్ కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతను 89 K నుండి ~55 K (Fig. 3b దిగువన) కు తగ్గించడం. పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రత కూపర్ జతలను విచ్ఛిన్నం చేస్తుంది, ఇది ఇంటర్ఫేస్లో తక్కువ సంభావ్యతకు దారితీస్తుంది. తత్ఫలితంగా, Voc యొక్క సంపూర్ణ విలువ చిన్నదిగా మారుతుంది, అయినప్పటికీ లేజర్ ప్రకాశం యొక్క అదే తీవ్రత వర్తించబడుతుంది. ఉష్ణోగ్రతలో మరింత పెరుగుదలతో ఇంటర్ఫేస్ సంభావ్యత చిన్నదిగా మరియు చిన్నదిగా మారుతుంది మరియు Tc0 వద్ద సున్నాకి చేరుకుంటుంది. ఫోటో-ప్రేరిత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను వేరు చేయడానికి అంతర్గత క్షేత్రం లేనందున ఈ ప్రత్యేక పాయింట్ వద్ద ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం లేదు. ఈ క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రత పైన పొటెన్షియల్ యొక్క ధ్రువణత తిరోగమనం జరుగుతుంది ఎందుకంటే Ag పేస్ట్లో ఫ్రీ ఛార్జ్ సాంద్రత YBCO కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది క్రమంగా p-రకం పదార్థానికి తిరిగి బదిలీ చేయబడుతుంది. పరివర్తనకు కారణం ఏమైనప్పటికీ, సున్నా నిరోధక సూపర్కండక్టింగ్ పరివర్తన తర్వాత Voc మరియు Isc యొక్క ధ్రువణత తిరోగమనం వెంటనే సంభవిస్తుందని ఇక్కడ మనం నొక్కి చెప్పాలనుకుంటున్నాము. ఈ పరిశీలన మొదటిసారిగా, సూపర్కండక్టివిటీ మరియు మెటల్-సూపర్కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్తో అనుబంధించబడిన ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాల మధ్య పరస్పర సంబంధాన్ని స్పష్టంగా వెల్లడిస్తుంది. సూపర్కండక్టర్-సాధారణ మెటల్ ఇంటర్ఫేస్లో ఈ పొటెన్షియల్ యొక్క స్వభావం గత కొన్ని దశాబ్దాలుగా పరిశోధనా కేంద్రంగా ఉంది, కానీ ఇంకా సమాధానం కోసం వేచి ఉన్న అనేక ప్రశ్నలు ఉన్నాయి. ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం యొక్క కొలత ఈ ముఖ్యమైన పొటెన్షియల్ యొక్క వివరాలను (దాని బలం మరియు ధ్రువణత మొదలైనవి) అన్వేషించడానికి ప్రభావవంతమైన పద్ధతిగా నిరూపించబడవచ్చు మరియు అందువల్ల అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్కండక్టింగ్ సామీప్య ప్రభావంపై వెలుగునిస్తుంది.
Tc0 నుండి Tc వరకు ఉష్ణోగ్రత మరింత పెరగడం వల్ల కూపర్ జతల సాంద్రత తక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ పెరుగుతుంది మరియు తత్ఫలితంగా పెద్ద Voc ఉంటుంది. Tc వద్ద కూపర్ జత సాంద్రత సున్నా అవుతుంది మరియు ఇంటర్ఫేస్ వద్ద బిల్డ్-ఇన్ పొటెన్షియల్ గరిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటుంది, ఫలితంగా గరిష్ట Voc మరియు కనిష్ట Isc వస్తుంది. ఈ ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో Voc మరియు Isc (సంపూర్ణ విలువ) యొక్క వేగవంతమైన పెరుగుదల సూపర్ కండక్టింగ్ పరివర్తనకు అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఇది 502 mW/cm2 తీవ్రత కలిగిన లేజర్ వికిరణం ద్వారా ΔT ~ 3 K నుండి ~34 K వరకు విస్తరించబడుతుంది (Fig. 3b). Tc పైన ఉన్న సాధారణ స్థితులలో, ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ Voc ఉష్ణోగ్రతతో తగ్గుతుంది (Fig. 3b పైన), pn జంక్షన్ల ఆధారంగా సాధారణ సౌర ఘటాల కోసం Voc యొక్క సరళ ప్రవర్తనకు సమానంగా ఉంటుంది31,32,33. లేజర్ తీవ్రతపై బలంగా ఆధారపడి ఉండే ఉష్ణోగ్రతతో Voc యొక్క మార్పు రేటు (−dVoc/dT) సాధారణ సౌర ఘటాల కంటే చాలా తక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, YBCO-Ag జంక్షన్ కోసం Voc యొక్క ఉష్ణోగ్రత గుణకం సౌర ఘటాల మాదిరిగానే పరిమాణం యొక్క క్రమాన్ని కలిగి ఉంటుంది. సాధారణ సౌర ఘటం పరికరం కోసం pn జంక్షన్ యొక్క లీకేజ్ కరెంట్ పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో పెరుగుతుంది, ఇది ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ Voc లో తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది. ఈ Ag-సూపర్ కండక్టర్ వ్యవస్థ కోసం గమనించిన లీనియర్ IV వక్రతలు, మొదట చాలా చిన్న ఇంటర్ఫేస్ సంభావ్యత మరియు రెండవది రెండు హెటెరోజంక్షన్ల యొక్క బ్యాక్-టు-బ్యాక్ కనెక్షన్ కారణంగా, లీకేజ్ కరెంట్ను నిర్ణయించడం కష్టతరం చేస్తుంది. అయినప్పటికీ, లీకేజ్ కరెంట్ యొక్క అదే ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటం మా ప్రయోగంలో గమనించిన Voc ప్రవర్తనకు కారణమని ఇది చాలా అవకాశం ఉంది. నిర్వచనం ప్రకారం, మొత్తం వోల్టేజ్ సున్నాగా ఉండేలా Voc ను భర్తీ చేయడానికి ప్రతికూల వోల్టేజ్ను ఉత్పత్తి చేయడానికి అవసరమైన కరెంట్ Isc. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, Voc చిన్నదిగా మారుతుంది, తద్వారా ప్రతికూల వోల్టేజ్ను ఉత్పత్తి చేయడానికి తక్కువ కరెంట్ అవసరం. ఇంకా, YBCO యొక్క నిరోధకత Tc కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతతో సరళంగా పెరుగుతుంది (Fig. 3b దిగువన), ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద Isc యొక్క చిన్న సంపూర్ణ విలువకు కూడా దోహదం చేస్తుంది.
కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ల చుట్టూ ఉన్న ప్రాంతంలో లేజర్ వికిరణం చేయడం ద్వారా ఫిగర్ 2,3 లో ఇవ్వబడిన ఫలితాలను పొందవచ్చని గమనించండి. ఆనోడ్ వద్ద ఉంచబడిన లేజర్ స్పాట్తో కొలతలు కూడా పునరావృతమయ్యాయి మరియు ఇలాంటి IV లక్షణాలు మరియు ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలు గమనించబడ్డాయి, ఈ సందర్భంలో Voc మరియు Isc యొక్క ధ్రువణత తారుమారు చేయబడింది. ఈ డేటా అంతా ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావానికి ఒక యంత్రాంగానికి దారితీస్తుంది, ఇది సూపర్ కండక్టర్-మెటల్ ఇంటర్ఫేస్తో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.
సారాంశంలో, లేజర్ రేడియేటెడ్ సూపర్ కండక్టింగ్ YBCO-Ag పేస్ట్ సిస్టమ్ యొక్క IV లక్షణాలను ఉష్ణోగ్రత మరియు లేజర్ తీవ్రత యొక్క విధులుగా కొలుస్తారు. 50 నుండి 300 K వరకు ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో అద్భుతమైన ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం గమనించబడింది. ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలు YBCO సిరామిక్స్ యొక్క సూపర్ కండక్టివిటీకి బలంగా సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని కనుగొనబడింది. ఫోటో-ప్రేరిత సూపర్ కండక్టింగ్ నుండి నాన్-సూపర్ కండక్టింగ్ పరివర్తనకు వెంటనే Voc మరియు Isc యొక్క ధ్రువణత తిరోగమనం సంభవిస్తుంది. స్థిర లేజర్ తీవ్రత వద్ద కొలిచిన Voc మరియు Isc యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటం నమూనా రెసిస్టివ్గా మారే క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఒక ప్రత్యేకమైన ధ్రువణత తిరోగమనాన్ని కూడా చూపిస్తుంది. నమూనా యొక్క వివిధ భాగాలకు లేజర్ స్పాట్ను గుర్తించడం ద్వారా, ఇంటర్ఫేస్ అంతటా విద్యుత్ పొటెన్షియల్ ఉందని మేము చూపిస్తాము, ఇది ఫోటో-ప్రేరిత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలకు విభజన శక్తిని అందిస్తుంది. YBCO సూపర్ కండక్టింగ్ చేస్తున్నప్పుడు ఈ ఇంటర్ఫేస్ పొటెన్షియల్ YBCO నుండి మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్కు నిర్దేశిస్తుంది మరియు నమూనా నాన్సూపర్ కండక్టింగ్గా మారినప్పుడు వ్యతిరేక దిశకు మారుతుంది. YBCO సూపర్ కండక్టింగ్ చేస్తున్నప్పుడు మరియు 50 K వద్ద 502 mW/cm2 లేజర్ తీవ్రతతో ~10−8 mV ఉంటుందని అంచనా వేయబడినప్పుడు లోహ-సూపర్ కండక్టర్ ఇంటర్ఫేస్లో పొటెన్షియల్ యొక్క మూలం సహజంగా సామీప్య ప్రభావంతో ముడిపడి ఉండవచ్చు. n-టైప్ మెటీరియల్ Ag-పేస్ట్తో సాధారణ స్థితిలో p-టైప్ మెటీరియల్ YBCO యొక్క సంపర్కం క్వాసి-పిఎన్ జంక్షన్ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద YBCO సిరామిక్స్ యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రవర్తనకు బాధ్యత వహిస్తుంది. పైన పేర్కొన్న పరిశీలనలు అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టింగ్ YBCO సిరామిక్స్లో PV ప్రభావంపై వెలుగునిస్తాయి మరియు ఫాస్ట్ పాసివ్ లైట్ డిటెక్టర్ మరియు సింగిల్ ఫోటాన్ డిటెక్టర్ వంటి ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో కొత్త అనువర్తనాలకు మార్గం సుగమం చేస్తాయి.
ఫోటోవోల్టాయిక్ ఎఫెక్ట్ ప్రయోగాలు 0.52 mm మందం మరియు 8.64 × 2.26 mm2 దీర్ఘచతురస్రాకార ఆకారం కలిగిన YBCO సిరామిక్ నమూనాపై నిర్వహించబడ్డాయి మరియు 1.25 mm వ్యాసార్థం కలిగిన లేజర్ స్పాట్ సైజుతో నిరంతర వేవ్ బ్లూ-లేజర్ (λ = 450 nm) ద్వారా ప్రకాశించబడ్డాయి. సన్నని ఫిల్మ్ నమూనా కంటే బల్క్ని ఉపయోగించడం వల్ల సూపర్కండక్టర్ యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ లక్షణాలను ఉపరితలం యొక్క సంక్లిష్ట ప్రభావాన్ని ఎదుర్కోవాల్సిన అవసరం లేకుండా అధ్యయనం చేయడానికి మాకు వీలు కల్పిస్తుంది6,7. అంతేకాకుండా, బల్క్ పదార్థం దాని సరళమైన తయారీ ప్రక్రియకు మరియు సాపేక్షంగా తక్కువ ఖర్చుకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. YBCO నమూనాపై రాగి సీసపు తీగలు వెండి పేస్ట్తో కలిసి 1 mm వ్యాసం కలిగిన నాలుగు వృత్తాకార ఎలక్ట్రోడ్లను ఏర్పరుస్తాయి. రెండు వోల్టేజ్ ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య దూరం సుమారు 5 mm. క్వార్ట్జ్ క్రిస్టల్ విండోతో వైబ్రేషన్ శాంపిల్ మాగ్నెటోమీటర్ (వెర్సాల్యాబ్, క్వాంటం డిజైన్) ఉపయోగించి నమూనా యొక్క IV లక్షణాలను కొలుస్తారు. IV వక్రతలను పొందడానికి ప్రామాణిక నాలుగు-వైర్ పద్ధతిని ఉపయోగించారు. ఎలక్ట్రోడ్ల సాపేక్ష స్థానాలు మరియు లేజర్ స్పాట్ చిత్రం 1iలో చూపబడ్డాయి.
ఈ వ్యాసాన్ని ఎలా ఉదహరించాలి: యాంగ్, ఎఫ్. మరియు ఇతరులు. సూపర్ కండక్టింగ్ YBa2Cu3O6.96 సిరామిక్స్లో ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం యొక్క మూలం. సైన్స్. రెప్. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
చాంగ్, CL, క్లీన్హామ్స్, A., మౌల్టన్, WG & టెస్టార్డి, LR YBa2Cu3O7లో సిమెట్రీ-నిషిద్ధ లేజర్-ప్రేరిత వోల్టేజీలు. ఫిజి. రెవ్. B 41, 11564–11567 (1990).
క్వాక్, HS, జెంగ్, JP & డాంగ్, SY Y-Ba-Cu-O లో క్రమరహిత కాంతివిపీడన సంకేతం యొక్క మూలం. భౌతికశాస్త్రం. రెవ్. B 43, 6270–6272 (1991).
వాంగ్, LP, లిన్, JL, ఫెంగ్, QR & వాంగ్, GW సూపర్ కండక్టింగ్ Bi-Sr-Ca-Cu-O యొక్క లేజర్-ప్రేరిత వోల్టేజ్ల కొలత. ఫిజిక్స్. రెవ్. B 46, 5773–5776 (1992).
టేట్, KL, మరియు ఇతరులు. YBa2Cu3O7-x యొక్క గది-ఉష్ణోగ్రత ఫిల్మ్లలో తాత్కాలిక లేజర్-ప్రేరిత వోల్టేజీలు. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).
క్వాక్, HS & జెంగ్, JP YBa2Cu3O7 లో అసాధారణ కాంతివిపీడన ప్రతిస్పందన. భౌతికశాస్త్రం. రెవ్. B 46, 3692–3695 (1992).
మురాకా, వై., మురామట్సు, టి., యమౌరా, జె. & హిరోయి, జెడ్. ఆక్సైడ్ హెటెరోస్ట్రక్చర్లో YBa2Cu3O7−x కు ఫోటోజెనరేటెడ్ హోల్ క్యారియర్ ఇంజెక్షన్. అప్లి. ఫిజిక్స్. లెట్. 85, 2950–2952 (2004).
అసకురా, డి. మరియు ఇతరులు. కాంతి ప్రకాశంలో YBa2Cu3Oy సన్నని పొరల ఫోటోఎమిషన్ అధ్యయనం. ఫిజి. రెవ్. లెట్. 93, 247006 (2004).
యాంగ్, F. మరియు ఇతరులు. వేర్వేరు ఆక్సిజన్ పాక్షిక పీడనాలలో YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb హెటెరోజంక్షన్ ఎనియల్ చేయబడిన ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం. మేటర్. లెట్. 130, 51–53 (2014).
అమినోవ్, BA మరియు ఇతరులు. Yb(Y)Ba2Cu3O7-x సింగిల్ క్రిస్టల్స్లో రెండు-గ్యాప్ నిర్మాణం. J. సూపర్కాండ్. 7, 361–365 (1994).
కబనోవ్, VV, డెమ్సార్, J., పోడోబ్నిక్, B. & మిహైలోవిక్, D. విభిన్న అంతర నిర్మాణాలతో సూపర్ కండక్టర్లలో క్వాసిపార్టికల్ రిలాక్సేషన్ డైనమిక్స్: YBa2Cu3O7-δ పై సిద్ధాంతం మరియు ప్రయోగాలు. ఫిజిక్స్. రెవ్. B 59, 1497–1506 (1999).
సన్, JR, జియోంగ్, CM, జాంగ్, YZ & షెన్, BG YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 యొక్క సరిచేసే లక్షణాలు :Nb హెటెరోజంక్షన్. అప్లి. ఫిజి. లెట్. 87, 222501 (2005).
కమారాస్, కె., పోర్టర్, సిడి, డాస్, ఎంజి, హెర్, ఎస్ఎల్ & టానర్, డిబి YBa2Cu3O7-δ లో ఎక్సిటోనిక్ శోషణ మరియు సూపర్ కండక్టివిటీ. ఫిజి. రెవ్. లెట్. 59, 919–922 (1987).
యు, జి., హీగర్, ఎజె & స్టకీ, జి. YBa2Cu3O6.3 యొక్క సెమీకండక్టింగ్ సింగిల్ క్రిస్టల్స్లో ట్రాన్సియెంట్ ఫోటోఇన్డ్యూస్డ్ కండక్టివిటీ: ఫోటోఇన్డ్యూస్డ్ మెటాలిక్ స్టేట్ మరియు ఫోటోఇన్డ్యూస్డ్ సూపర్కండక్టివిటీ కోసం శోధన. సాలిడ్ స్టేట్ కమ్యూన్. 72, 345–349 (1989).
మెక్మిలన్, WL సూపర్కండక్టింగ్ సామీప్య ప్రభావం యొక్క టన్నెలింగ్ మోడల్. ఫిజికల్ రెవ్. 175, 537–542 (1968).
గుయెరాన్, ఎస్. మరియు ఇతరులు. మెసోస్కోపిక్ పొడవు స్కేల్పై పరిశీలించబడిన సూపర్కండక్టింగ్ సామీప్య ప్రభావం. ఫిజి. రెవ్. లెట్. 77, 3025–3028 (1996).
అన్నున్జియాటా, జి. & మాన్స్కే, డి. నాన్సెంట్రోసిమెట్రిక్ సూపర్కండక్టర్లతో సామీప్యత ప్రభావం. ఫిజి. రెవ్. బి 86, 17514 (2012).
Qu, FM మరియు ఇతరులు. Pb-Bi2Te3 హైబ్రిడ్ నిర్మాణాలలో బలమైన సూపర్ కండక్టింగ్ సామీప్య ప్రభావం. సైన్స్. రెప్. 2, 339 (2012).
చాపిన్, DM, ఫుల్లర్, CS & పియర్సన్, GL సౌర వికిరణాన్ని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చడానికి ఒక కొత్త సిలికాన్ pn జంక్షన్ ఫోటోసెల్. J. యాప్. ఫిజిక్స్. 25, 676–677 (1954).
టోమిమోటో, కె. Zn- లేదా Ni-డోప్డ్ YBa2Cu3O6.9 సింగిల్ క్రిస్టల్స్లో సూపర్కండక్టింగ్ కోహెరెన్స్ పొడవుపై కల్మష ప్రభావాలు. ఫిజిక్స్. రెవ్. బి 60, 114–117 (1999).
ఆండో, వై. & సెగావా, కె. విస్తృత శ్రేణి డోపింగ్లో అన్ట్విన్డ్ YBa2Cu3Oy సింగిల్ క్రిస్టల్స్ యొక్క అయస్కాంత నిరోధకత: పొందిక పొడవు యొక్క క్రమరహిత రంధ్రం-డోపింగ్ ఆధారపడటం. ఫిజిక్స్. రెవ్. లెట్. 88, 167005 (2002).
ఒబెర్టెల్లి, SD & కూపర్, JR సిస్టమాటిక్స్ ఇన్ ది థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పవర్ ఆఫ్ హై-T, ఆక్సైడ్స్. ఫిజిక్స్. రెవ్. బి 46, 14928–14931, (1992).
సుగై, ఎస్. మరియు ఇతరులు. పి-టైప్ హై-టిసి సూపర్ కండక్టర్లలో కోహెరెంట్ పీక్ మరియు LO ఫోనాన్ మోడ్ యొక్క క్యారియర్-డెన్సిటీ-డిపెండెంట్ మొమెంటం షిఫ్ట్. ఫిజిక్స్. రెవ్. బి 68, 184504 (2003).
నోజిమా, టి. మరియు ఇతరులు. ఎలక్ట్రోకెమికల్ టెక్నిక్ ఉపయోగించి YBa2Cu3Oy సన్నని ఫిల్మ్లలో రంధ్రాల తగ్గింపు మరియు ఎలక్ట్రాన్ చేరడం: n-రకం లోహ స్థితికి ఆధారాలు. భౌతిక శాస్త్రం. రెవ్. బి 84, 020502 (2011).
తుంగ్, RT షాట్కీ అవరోధ ఎత్తు యొక్క భౌతిక శాస్త్రం మరియు రసాయన శాస్త్రం. అప్లి. ఫిజి. లెట్. 1, 011304 (2014).
సై-హలాజ్, GA, చి, CC, డెనెన్స్టెయిన్, A. & లాంగెన్బర్గ్, DN ఎఫెక్ట్స్ ఆఫ్ డైనమిక్ ఎక్స్టర్నల్ పెయిర్ బ్రేకింగ్ ఇన్ సూపర్కండక్టింగ్ ఫిల్మ్స్. ఫిజి. రెవ్. లెట్. 33, 215–219 (1974).
నీవా, జి. మరియు ఇతరులు. సూపర్ కండక్టివిటీ యొక్క ఫోటోప్రేరిత మెరుగుదల. అప్ప్. ఫిజి. లెట్. 60, 2159–2161 (1992).
కుడినోవ్, VI మరియు ఇతరులు. లోహ మరియు సూపర్ కండక్టింగ్ దశల వైపు ఫోటోడోపింగ్ పద్ధతిగా YBa2Cu3O6+x ఫిల్మ్లలో నిరంతర ఫోటోకండక్టివిటీ. ఫిజిక్స్. రెవ్. బి 14, 9017–9028 (1993).
మాంకోవ్స్కీ, ఆర్. మరియు ఇతరులు. YBa2Cu3O6.5 లో మెరుగైన సూపర్ కండక్టివిటీకి ఆధారంగా నాన్ లీనియర్ లాటిస్ డైనమిక్స్. నేచర్ 516, 71–74 (2014).
ఫౌస్టి, డి. మరియు ఇతరులు. స్ట్రైప్-ఆర్డర్డ్ కుప్రేట్లో కాంతి-ప్రేరిత సూపర్కండక్టివిటీ. సైన్స్ 331, 189–191 (2011).
ఎల్-అడావి, MK & అల్-నుయిమ్, IA సౌర ఘటం యొక్క సామర్థ్యం కొత్త విధానంతో పోలిస్తే VOC యొక్క ఉష్ణోగ్రత క్రియాత్మక ఆధారపడటం. డీశాలినేషన్ 209, 91–96 (2007).
వెర్నాన్, SM & ఆండర్సన్, WA షాట్కీ-బారియర్ సిలికాన్ సౌర ఘటాలలో ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాలు. అప్లి. ఫిజిక్స్. లెట్. 26, 707 (1975).
కాట్జ్, EA, ఫైమాన్, D. & తులాధర్, SM ఆపరేటింగ్ పరిస్థితుల్లో పాలిమర్-ఫుల్లెరిన్ సౌర ఘటాల యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ పరికర పారామితుల కోసం ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటం. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
ఈ పనికి నేషనల్ నేచురల్ సైన్స్ ఫౌండేషన్ ఆఫ్ చైనా (గ్రాంట్ నం. 60571063), చైనాలోని హెనాన్ ప్రావిన్స్ యొక్క ఫండమెంటల్ రీసెర్చ్ ప్రాజెక్ట్స్ (గ్రాంట్ నం. 122300410231) మద్దతు ఇచ్చాయి.
FY పత్రం యొక్క పాఠాన్ని రాశారు మరియు MYH YBCO సిరామిక్ నమూనాను సిద్ధం చేశారు. FY మరియు MYH ఈ ప్రయోగాన్ని నిర్వహించి ఫలితాలను విశ్లేషించారు. FGC ఈ ప్రాజెక్టుకు మరియు డేటా యొక్క శాస్త్రీయ వివరణకు నాయకత్వం వహించింది. అందరు రచయితలు మాన్యుస్క్రిప్ట్ను సమీక్షించారు.
ఈ పని క్రియేటివ్ కామన్స్ అట్రిబ్యూషన్ 4.0 ఇంటర్నేషనల్ లైసెన్స్ కింద లైసెన్స్ పొందింది. ఈ వ్యాసంలోని చిత్రాలు లేదా ఇతర మూడవ పార్టీ మెటీరియల్ క్రెడిట్ లైన్లో సూచించకపోతే, వ్యాసం యొక్క క్రియేటివ్ కామన్స్ లైసెన్స్లో చేర్చబడ్డాయి; మెటీరియల్ క్రియేటివ్ కామన్స్ లైసెన్స్ కింద చేర్చబడకపోతే, వినియోగదారులు మెటీరియల్ను పునరుత్పత్తి చేయడానికి లైసెన్స్ హోల్డర్ నుండి అనుమతి పొందాలి. ఈ లైసెన్స్ కాపీని వీక్షించడానికి, http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ని సందర్శించండి.
యాంగ్, ఎఫ్., హాన్, ఎం. & చాంగ్, ఎఫ్. సూపర్ కండక్టింగ్ YBa2Cu3O6.96 సిరామిక్స్లో ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం యొక్క మూలం. సైన్స్ రెప్ 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
వ్యాఖ్యను సమర్పించడం ద్వారా మీరు మా నిబంధనలు మరియు కమ్యూనిటీ మార్గదర్శకాలకు కట్టుబడి ఉండటానికి అంగీకరిస్తున్నారు. మీరు ఏదైనా దుర్వినియోగం చేస్తున్నట్లు లేదా మా నిబంధనలు లేదా మార్గదర్శకాలకు అనుగుణంగా లేనిదిగా కనుగొంటే, దయచేసి దానిని అనుచితమైనదిగా ఫ్లాగ్ చేయండి.
పోస్ట్ సమయం: ఏప్రిల్-22-2020