ขอบคุณที่เข้าชม nature.com คุณกำลังใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันที่มีการรองรับ CSS อย่างจำกัด เพื่อให้ได้รับประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันที่ใหม่กว่า (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าเว็บไซต์จะยังคงได้รับการสนับสนุนต่อไป เราจึงแสดงเว็บไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
เราได้รายงานปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกที่น่าทึ่งในเซรามิก YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ระหว่าง 50 ถึง 300 K ซึ่งเกิดจากการฉายแสงเลเซอร์สีน้ำเงิน โดยมีความสัมพันธ์โดยตรงกับสภาพนำยิ่งยวดของ YBCO และส่วนต่อประสานระหว่าง YBCO กับขั้วไฟฟ้าโลหะ มีการกลับขั้วของแรงดันไฟฟ้าวงเปิด Voc และกระแสไฟฟ้าลัดวงจร Isc เมื่อ YBCO เปลี่ยนสถานะจากสภาพนำยิ่งยวดไปเป็นสภาพต้านทาน เราแสดงให้เห็นว่ามีศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างสภาพนำยิ่งยวดกับโลหะปกติ ซึ่งเป็นแรงแยกสำหรับคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่เกิดจากแสง ศักย์ไฟฟ้าที่ส่วนต่อประสานนี้มีทิศทางจาก YBCO ไปยังขั้วไฟฟ้าโลหะเมื่อ YBCO เป็นสภาพนำยิ่งยวด และเปลี่ยนทิศทางตรงกันข้ามเมื่อ YBCO ไม่เป็นสภาพนำยิ่งยวด ที่มาของศักยภาพดังกล่าวอาจเชื่อมโยงกับปรากฏการณ์ความใกล้เคียงที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะและตัวนำยิ่งยวดเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวด โดยค่าของมันคาดว่าจะอยู่ที่ประมาณ 10–8 mV ที่ 50 K ด้วยความเข้มของเลเซอร์ 502 mW/cm2 การรวมกันของวัสดุชนิด p-type YBCO ในสถานะปกติกับวัสดุชนิด n-type Ag-paste ก่อให้เกิดรอยต่อแบบ quasi-pn ซึ่งเป็นสาเหตุของพฤติกรรมโฟโตโวลต์ของเซรามิก YBCO ที่อุณหภูมิสูง ผลการค้นพบของเราอาจปูทางไปสู่การประยุกต์ใช้งานใหม่ๆ ของอุปกรณ์โฟตอนอิเล็กทรอนิกส์และให้ความกระจ่างเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์ความใกล้เคียงที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวนำยิ่งยวดและโลหะ
แรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากแสงในตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงได้รับการรายงานในช่วงต้นทศวรรษ 1990 และได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา แต่ธรรมชาติและกลไกของมันยังคงไม่เป็นที่แน่ชัด1,2,3,4,5 ฟิล์มบาง YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นในรูปแบบของเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) เนื่องจากช่องว่างพลังงานที่ปรับได้9,10,11,12,13 อย่างไรก็ตาม ความต้านทานสูงของพื้นผิวทำให้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของอุปกรณ์ต่ำและบดบังคุณสมบัติ PV หลักของ YBCO8 ในที่นี้ เราได้รายงานปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกที่น่าทึ่งซึ่งเกิดจากการฉายแสงเลเซอร์สีน้ำเงิน (λ = 450 nm) ในเซรามิก YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ระหว่าง 50 ถึง 300 K (Tc ~ 90 K) เราแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ PV เกี่ยวข้องโดยตรงกับสภาพนำยิ่งยวดของ YBCO และลักษณะของส่วนต่อประสานระหว่าง YBCO กับอิเล็กโทรดโลหะ เมื่อ YBCO เปลี่ยนสถานะจากตัวนำยิ่งยวดไปเป็นสถานะต้านทาน จะมีการกลับขั้วของแรงดันไฟฟ้าวงเปิด Voc และกระแสไฟฟ้าลัดวงจร Isc มีการเสนอว่ามีศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวนำยิ่งยวดกับโลหะปกติ ซึ่งเป็นแรงแยกสำหรับคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่เกิดจากการเหนี่ยวนำด้วยแสง ศักย์ไฟฟ้าที่ส่วนต่อประสานนี้จะชี้จาก YBCO ไปยังอิเล็กโทรดโลหะเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวด และจะเปลี่ยนทิศทางตรงกันข้ามเมื่อตัวอย่างไม่เป็นตัวนำยิ่งยวด ที่มาของศักย์ไฟฟ้านี้อาจเกี่ยวข้องกับผลกระทบความใกล้เคียง14,15,16,17 ที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะกับตัวนำยิ่งยวดเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวด และค่าของมันคาดว่าจะอยู่ที่ประมาณ 10−8 mV ที่ 50 K ด้วยความเข้มของเลเซอร์ 502 mW/cm2 การรวมกันของวัสดุชนิด p-type YBCO ในสถานะปกติกับวัสดุชนิด n-type Ag-paste ก่อให้เกิดรอยต่อแบบ quasi-pn ซึ่งเป็นสาเหตุของพฤติกรรม PV ของเซรามิก YBCO ที่อุณหภูมิสูง การสังเกตการณ์ของเราช่วยให้เข้าใจถึงที่มาของปรากฏการณ์ PV ในเซรามิก YBCO ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงได้ดียิ่งขึ้น และปูทางไปสู่การประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กโทรออปติก เช่น ตัวตรวจจับแสงแบบพาสซีฟความเร็วสูง เป็นต้น
รูปที่ 1a–c แสดงลักษณะ IV ของตัวอย่างเซรามิก YBCO ที่อุณหภูมิ 50 K เมื่อไม่มีการส่องสว่างด้วยแสง แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวอย่างจะคงอยู่ที่ศูนย์เมื่อกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง ซึ่งเป็นไปตามที่คาดหวังได้จากวัสดุตัวนำยิ่งยวด ปรากฏการณ์โฟโตโวลต์เกิดขึ้นอย่างชัดเจนเมื่อลำแสงเลเซอร์ส่องไปยังแคโทด (รูปที่ 1a): เส้นโค้ง IV ที่ขนานกับแกน I จะเคลื่อนลงด้านล่างเมื่อความเข้มของเลเซอร์เพิ่มขึ้น เห็นได้ชัดว่ามีแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำด้วยแสงที่เป็นลบแม้ไม่มีกระแสไฟฟ้า (มักเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าวงเปิด Voc) ความชันเป็นศูนย์ของเส้นโค้ง IV บ่งชี้ว่าตัวอย่างยังคงเป็นตัวนำยิ่งยวดภายใต้การส่องสว่างด้วยเลเซอร์
(a–c) และ 300 K (e–g) ค่าของ V(I) ได้จากการกวาดกระแสจาก −10 mA ถึง +10 mA ในสุญญากาศ เพื่อความชัดเจน จึงนำเสนอข้อมูลการทดลองเพียงบางส่วนเท่านั้น a, ลักษณะกระแส-แรงดันของ YBCO ที่วัดโดยวางจุดเลเซอร์ไว้ที่แคโทด (i) เส้นโค้ง IV ทั้งหมดเป็นเส้นตรงแนวนอน แสดงว่าตัวอย่างยังคงเป็นตัวนำยิ่งยวดเมื่อฉายแสงเลเซอร์ เส้นโค้งจะเคลื่อนลงเมื่อความเข้มของเลเซอร์เพิ่มขึ้น แสดงว่ามีศักย์ลบ (Voc) ระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองแม้กระแสเป็นศูนย์ เส้นโค้ง IV ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเลเซอร์ส่องไปที่ศูนย์กลางของตัวอย่างที่อุณหภูมิ 50 K (b) หรือ 300 K (f) เส้นแนวนอนจะเคลื่อนขึ้นเมื่อฉายแสงที่แอโนด (c) แบบจำลองแผนผังของรอยต่อโลหะ-ตัวนำยิ่งยวดที่ 50 K แสดงใน d ลักษณะความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันของ YBCO ในสถานะปกติที่อุณหภูมิ 300 K ซึ่งวัดโดยใช้ลำแสงเลเซอร์ส่องไปยังแคโทดและแอโนด แสดงอยู่ในภาพ e และ g ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ที่อุณหภูมิ 50 K ความชันที่ไม่เป็นศูนย์ของเส้นตรงบ่งชี้ว่า YBCO อยู่ในสถานะปกติ ค่า Voc เปลี่ยนแปลงไปตามความเข้มของแสงในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งบ่งชี้ถึงกลไกการแยกประจุที่แตกต่างกัน โครงสร้างส่วนต่อประสานที่เป็นไปได้ที่อุณหภูมิ 300 K แสดงอยู่ในภาพ hj ภาพจริงของตัวอย่างที่มีขั้วต่อ
YBCO ที่อุดมไปด้วยออกซิเจนในสถานะตัวนำยิ่งยวดสามารถดูดซับแสงอาทิตย์ได้เกือบครบทุกสเปกตรัมเนื่องจากช่องว่างพลังงาน (Eg) ที่เล็กมาก9,10 ทำให้เกิดคู่อิเล็กตรอน-โฮล (e–h) ขึ้น ในการสร้างแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc โดยการดูดซับโฟตอน จำเป็นต้องแยกคู่ eh ที่เกิดจากแสงออกจากกันในเชิงพื้นที่ก่อนที่จะเกิดการรวมตัวกันใหม่18 ค่า Voc ที่เป็นลบเมื่อเทียบกับแคโทดและแอโนดดังแสดงในรูปที่ 1i บ่งชี้ว่ามีศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะและตัวนำยิ่งยวด ซึ่งจะกวาดอิเล็กตรอนไปยังแอโนดและโฮลไปยังแคโทด หากเป็นเช่นนั้น ก็ควรมีศักย์ไฟฟ้าที่ชี้จากตัวนำยิ่งยวดไปยังอิเล็กโทรดโลหะที่แอโนดด้วย ดังนั้น จะได้ค่า Voc ที่เป็นบวกหากบริเวณตัวอย่างใกล้กับแอโนดได้รับแสง นอกจากนี้ ไม่ควรมีแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากแสงเมื่อเลเซอร์ชี้ไปยังบริเวณที่อยู่ไกลจากอิเล็กโทรด ซึ่งเป็นเช่นนั้นจริงดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1b,c!
เมื่อจุดแสงเคลื่อนจากขั้วแคโทดไปยังจุดศูนย์กลางของตัวอย่าง (ห่างจากส่วนต่อประสานประมาณ 1.25 มม.) จะไม่พบการเปลี่ยนแปลงของกราฟ IV และไม่พบค่า Voc เมื่อเพิ่มความเข้มของเลเซอร์จนถึงค่าสูงสุดที่มีอยู่ (รูปที่ 1b) โดยธรรมชาติแล้ว ผลลัพธ์นี้สามารถอธิบายได้จากอายุการใช้งานที่จำกัดของตัวพาประจุที่เกิดจากแสง และการขาดแรงแยกในตัวอย่าง คู่ของอิเล็กตรอน-โฮลสามารถเกิดขึ้นได้ทุกครั้งที่ตัวอย่างได้รับแสง แต่คู่ e–h ส่วนใหญ่จะถูกทำลาย และจะไม่พบปรากฏการณ์โฟโตโวลต์หากจุดเลเซอร์ตกกระทบในบริเวณที่อยู่ห่างไกลจากขั้วไฟฟ้าใดๆ เมื่อเคลื่อนจุดเลเซอร์ไปยังขั้วแอโนด กราฟ IV ที่ขนานกับแกน I จะเคลื่อนขึ้นไปด้านบนเมื่อความเข้มของเลเซอร์เพิ่มขึ้น (รูปที่ 1c) สนามไฟฟ้าภายในที่คล้ายกันนี้มีอยู่ในรอยต่อโลหะ-ตัวนำยิ่งยวดที่แอโนด อย่างไรก็ตาม ในครั้งนี้ขั้วโลหะเชื่อมต่อกับขั้วบวกของระบบทดสอบ โฮลที่เกิดจากเลเซอร์จะถูกผลักไปยังขั้วแอโนด ดังนั้นจึงสังเกตเห็นค่า Voc ที่เป็นบวก ผลลัพธ์ที่นำเสนอในที่นี้เป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่ามีศักยภาพของส่วนต่อประสานที่ชี้จากตัวนำยิ่งยวดไปยังอิเล็กโทรดโลหะอยู่จริง
ปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกในเซรามิก YBa2Cu3O6.96 ที่อุณหภูมิ 300 K แสดงในรูปที่ 1e–g เมื่อไม่มีการส่องสว่าง เส้นโค้ง IV ของตัวอย่างจะเป็นเส้นตรงที่ตัดผ่านจุดกำเนิด เส้นตรงนี้จะเคลื่อนที่ขึ้นไปขนานกับเส้นตรงเดิมเมื่อความเข้มของแสงเลเซอร์ที่ฉายไปยังขั้วแคโทดเพิ่มขึ้น (รูปที่ 1e) มีกรณีจำกัดสองกรณีที่น่าสนใจสำหรับอุปกรณ์โฟโตโวลตาอิก สภาวะลัดวงจรเกิดขึ้นเมื่อ V = 0 กระแสในกรณีนี้เรียกว่ากระแสลัดวงจร (Isc) กรณีจำกัดที่สองคือสภาวะเปิดวงจร (Voc) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ R→∞ หรือกระแสเป็นศูนย์ รูปที่ 1e แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า Voc เป็นค่าบวกและเพิ่มขึ้นตามความเข้มของแสงที่เพิ่มขึ้น ซึ่งแตกต่างจากผลลัพธ์ที่ได้ที่อุณหภูมิ 50 K ในขณะที่ Isc ที่เป็นลบนั้นพบว่ามีขนาดเพิ่มขึ้นตามการส่องสว่างของแสง ซึ่งเป็นพฤติกรรมทั่วไปของเซลล์แสงอาทิตย์ปกติ
ในทำนองเดียวกัน เมื่อลำแสงเลเซอร์ส่องไปยังบริเวณที่อยู่ห่างจากอิเล็กโทรด เส้นโค้ง V(I) จะไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของเลเซอร์ และไม่มีปรากฏการณ์โฟโตโวลต์เกิดขึ้น (รูปที่ 1f) คล้ายกับการวัดที่อุณหภูมิ 50 K เส้นโค้ง IV จะเคลื่อนไปในทิศทางตรงกันข้ามเมื่อฉายแสงเลเซอร์ไปยังอิเล็กโทรดแอโนด (รูปที่ 1g) ผลลัพธ์ทั้งหมดที่ได้จากระบบวาง YBCO-Ag ที่อุณหภูมิ 300 K โดยฉายแสงเลเซอร์ในตำแหน่งต่างๆ ของตัวอย่างนั้น สอดคล้องกับศักย์ไฟฟ้าที่ส่วนต่อประสานซึ่งตรงกันข้ามกับที่สังเกตได้ที่อุณหภูมิ 50 K
อิเล็กตรอนส่วนใหญ่จะรวมตัวกันเป็นคู่คูเปอร์ใน YBCO ที่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิเปลี่ยนสถานะ Tc ในขณะที่ในอิเล็กโทรดโลหะ อิเล็กตรอนทั้งหมดจะยังคงอยู่ในรูปเดี่ยว มีความหนาแน่นของทั้งอิเล็กตรอนเดี่ยวและคู่คูเปอร์ที่แตกต่างกันมากในบริเวณใกล้เคียงกับส่วนต่อประสานระหว่างโลหะและตัวนำยิ่งยวด อิเล็กตรอนเดี่ยวที่เป็นพาหะส่วนใหญ่ในวัสดุโลหะจะแพร่กระจายเข้าไปในบริเวณตัวนำยิ่งยวด ในขณะที่คู่คูเปอร์ที่เป็นพาหะส่วนใหญ่ในบริเวณ YBCO จะแพร่กระจายเข้าไปในบริเวณโลหะ เมื่อคู่คูเปอร์ซึ่งมีประจุมากกว่าและมีความคล่องตัวมากกว่าอิเล็กตรอนเดี่ยวแพร่กระจายจาก YBCO เข้าไปในบริเวณโลหะ อะตอมที่มีประจุบวกจะถูกทิ้งไว้ข้างหลัง ส่งผลให้เกิดสนามไฟฟ้าในบริเวณประจุอวกาศ ทิศทางของสนามไฟฟ้านี้แสดงในแผนภาพในรูปที่ 1d การส่องสว่างของโฟตอนที่ตกกระทบใกล้บริเวณประจุอวกาศสามารถสร้างคู่คูเปอร์ซึ่งจะแยกออกจากกันและถูกกวาดออกไป ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในทิศทางไบแอสย้อนกลับ ทันทีที่อิเล็กตรอนหลุดออกจากสนามไฟฟ้าภายใน พวกมันจะรวมตัวกันเป็นคู่และไหลไปยังขั้วไฟฟ้าอีกด้านหนึ่งโดยไม่มีความต้านทาน ในกรณีนี้ Voc จะมีขั้วตรงข้ามกับขั้วที่ตั้งไว้ล่วงหน้าและแสดงค่าลบเมื่อลำแสงเลเซอร์ชี้ไปยังบริเวณรอบขั้วลบ จากค่าของ Voc สามารถประมาณค่าศักย์ไฟฟ้าที่ส่วนต่อประสานได้: ระยะห่างระหว่างตัวนำแรงดันทั้งสอง d คือ ~5 × 10−3 ม. ความหนาของส่วนต่อประสานโลหะ-ตัวนำยิ่งยวด di ควรมีขนาดใกล้เคียงกับความยาวการเชื่อมโยงของตัวนำยิ่งยวด YBCO (~1 นาโนเมตร)19,20 เมื่อใช้ค่า Voc = 0.03 mV ศักย์ไฟฟ้า Vms ที่ส่วนต่อประสานโลหะ-ตัวนำยิ่งยวดจะถูกประเมินว่ามีค่าประมาณ ~10−11 V ที่ 50 K ด้วยความเข้มของเลเซอร์ 502 mW/cm2 โดยใช้สมการ
เราต้องการเน้นย้ำตรงนี้ว่า แรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากแสงไม่สามารถอธิบายได้ด้วยผลกระทบจากความร้อนของแสง จากการทดลองพบว่าค่าสัมประสิทธิ์ซีเบคของตัวนำยิ่งยวด YBCO คือ Ss = 0.21 ส่วนค่าสัมประสิทธิ์ซีเบคของลวดทองแดงอยู่ในช่วง SCu = 0.34–1.15 μV/K3 อุณหภูมิของลวดทองแดงบริเวณจุดเลเซอร์สามารถเพิ่มขึ้นได้เล็กน้อยเพียง 0.06 K โดยมีความเข้มของเลเซอร์สูงสุดที่ 50 K ซึ่งอาจทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้าความร้อน 6.9 × 10−8 V ซึ่งน้อยกว่า Voc ที่ได้ในรูปที่ 1 (a) ถึงสามอันดับ เห็นได้ชัดว่าผลกระทบจากความร้อนนั้นน้อยเกินไปที่จะอธิบายผลการทดลอง ในความเป็นจริง การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเนื่องจากการฉายแสงเลเซอร์จะหายไปในเวลาไม่ถึงหนึ่งนาที ดังนั้นจึงสามารถละเลยผลกระทบจากความร้อนได้อย่างปลอดภัย
ปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกของ YBCO ที่อุณหภูมิห้องเผยให้เห็นว่ากลไกการแยกประจุที่แตกต่างกันเข้ามาเกี่ยวข้องที่นี่ YBCO ตัวนำยิ่งยวดในสถานะปกติเป็นวัสดุประเภท p โดยมีโฮลเป็นตัวนำประจุ22,23 ในขณะที่โลหะ Ag-paste มีลักษณะเป็นวัสดุประเภท n คล้ายกับรอยต่อ pn การแพร่ของอิเล็กตรอนใน Ag-paste และโฮลในเซรามิก YBCO จะสร้างสนามไฟฟ้าภายในที่ชี้ไปยังเซรามิก YBCO ที่ส่วนต่อประสาน (รูปที่ 1h) สนามภายในนี้เองที่ให้แรงแยกและนำไปสู่ Voc ที่เป็นบวกและ Isc ที่เป็นลบสำหรับระบบ YBCO-Ag paste ที่อุณหภูมิห้อง ดังแสดงในรูปที่ 1e หรืออีกทางหนึ่ง Ag-YBCO อาจสร้างรอยต่อ Schottky ประเภท p ซึ่งนำไปสู่ศักยภาพส่วนต่อประสานที่มีขั้วเดียวกันกับในแบบจำลองที่นำเสนอข้างต้น24
เพื่อตรวจสอบกระบวนการวิวัฒนาการโดยละเอียดของคุณสมบัติทางไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ในระหว่างการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดของ YBCO ได้ทำการวัดกราฟ IV ของตัวอย่างที่อุณหภูมิ 80 K โดยใช้ความเข้มแสงเลเซอร์ที่เลือกไว้ส่องไปยังขั้วแคโทด (รูปที่ 2) หากไม่มีการฉายแสงเลเซอร์ แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวอย่างจะคงที่ที่ศูนย์โดยไม่ขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้า ซึ่งบ่งชี้ว่าตัวอย่างอยู่ในสถานะตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิ 80 K (รูปที่ 2a) เช่นเดียวกับข้อมูลที่ได้ที่อุณหภูมิ 50 K กราฟ IV ที่ขนานกับแกน I จะเคลื่อนลงเมื่อความเข้มแสงเลเซอร์เพิ่มขึ้นจนถึงค่าวิกฤต Pc เหนือความเข้มแสงเลเซอร์วิกฤตนี้ (Pc) ตัวนำยิ่งยวดจะเปลี่ยนสถานะจากเฟสตัวนำยิ่งยวดไปเป็นเฟสต้านทาน แรงดันไฟฟ้าจะเริ่มเพิ่มขึ้นตามกระแสไฟฟ้าเนื่องจากการปรากฏของความต้านทานในตัวนำยิ่งยวด ส่งผลให้กราฟ IV เริ่มตัดกับแกน I และแกน V ทำให้ Voc เป็นลบและ Isc เป็นบวกในตอนแรก ขณะนี้ตัวอย่างดูเหมือนจะอยู่ในสถานะพิเศษที่ขั้วของ Voc และ Isc มีความไวต่อความเข้มแสงอย่างมาก เมื่อความเข้มแสงเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย ค่า Isc จะเปลี่ยนจากค่าบวกเป็นค่าลบ และค่า Voc จะเปลี่ยนจากค่าลบเป็นค่าบวก โดยผ่านจุดกำเนิด (ความไวสูงของคุณสมบัติทางโฟโตโวลตาอิก โดยเฉพาะค่า Isc ต่อการส่องสว่างของแสง สามารถเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นในรูปที่ 2b) ที่ความเข้มของเลเซอร์สูงสุดที่มีอยู่ เส้นโค้ง IV จะขนานกัน ซึ่งแสดงถึงสภาวะปกติของตัวอย่าง YBCO
จุดศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์จะอยู่รอบๆ ขั้วไฟฟ้าแคโทด (ดูรูปที่ 1i) ก. กราฟ IV ของ YBCO ที่ฉายด้วยความเข้มแสงเลเซอร์ต่างกัน ข. (ด้านบน) ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มแสงเลเซอร์กับแรงดันวงเปิด Voc และกระแสลัดวงจร Isc ค่า Isc ไม่สามารถหาได้ที่ความเข้มแสงต่ำ (< 110 mW/cm2) เนื่องจากกราฟ IV ขนานกับแกน I เมื่อตัวอย่างอยู่ในสถานะตัวนำยิ่งยวด ข. (ด้านล่าง) ความต้านทานเชิงอนุพันธ์เป็นฟังก์ชันของความเข้มแสงเลเซอร์
ภาพที่ 2b (ด้านบน) แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มของแสงเลเซอร์กับค่า Voc และ Isc ที่อุณหภูมิ 80 K คุณสมบัติทางโฟโตโวลต์สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ช่วงความเข้มของแสง ช่วงแรกอยู่ระหว่าง 0 ถึง Pc ซึ่ง YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวด ค่า Voc เป็นลบ และลดลง (ค่าสัมบูรณ์เพิ่มขึ้น) ตามความเข้มของแสง และมีค่าต่ำสุดที่ Pc ช่วงที่สองอยู่ระหว่าง Pc ถึงความเข้มวิกฤตอีกค่าหนึ่งคือ P0 ซึ่งค่า Voc เพิ่มขึ้นในขณะที่ค่า Isc ลดลงเมื่อความเข้มของแสงเพิ่มขึ้น และทั้งสองค่ามีค่าเป็นศูนย์ที่ P0 ช่วงที่สามอยู่เหนือ P0 จนกระทั่งถึงสถานะปกติของ YBCO แม้ว่าทั้ง Voc และ Isc จะแปรผันตามความเข้มของแสงในลักษณะเดียวกับช่วงที่ 2 แต่จะมีขั้วตรงข้ามกันเหนือความเข้มวิกฤต P0 ความสำคัญของ P0 อยู่ที่ว่าไม่มีปรากฏการณ์โฟโตโวลต์ และกลไกการแยกประจุจะเปลี่ยนแปลงไปในเชิงคุณภาพ ณ จุดนี้ ตัวอย่าง YBCO จะไม่เป็นตัวนำยิ่งยวดในช่วงความเข้มของแสงนี้ แต่ยังไม่ถึงสถานะปกติ
เห็นได้ชัดว่า คุณสมบัติทางโฟโตโวลต์ของระบบมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสภาพนำยิ่งยวดของ YBCO และการเปลี่ยนสถานะเป็นสภาพนำยิ่งยวด ความต้านทานเชิงอนุพันธ์ dV/dI ของ YBCO แสดงในรูปที่ 2b (ด้านล่าง) เป็นฟังก์ชันของความเข้มของเลเซอร์ ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ศักย์ไฟฟ้าภายในที่ส่วนต่อประสานเนื่องจากการแพร่ของคู่คูเปอร์ชี้จากตัวนำยิ่งยวดไปยังโลหะ คล้ายกับที่สังเกตได้ที่ 50 K ผลกระทบทางโฟโตโวลต์จะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มของเลเซอร์เพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง Pc เมื่อความเข้มของเลเซอร์ถึงค่าที่สูงกว่า Pc เล็กน้อย เส้นโค้ง IV เริ่มเอียงและความต้านทานของตัวอย่างเริ่มปรากฏขึ้น แต่ขั้วของศักย์ที่ส่วนต่อประสานยังไม่เปลี่ยนแปลง ผลกระทบของการกระตุ้นด้วยแสงต่อสภาพนำยิ่งยวดได้รับการตรวจสอบในย่านแสงที่มองเห็นได้หรือใกล้รังสีอินฟราเรด แม้ว่ากระบวนการพื้นฐานคือการสลายคู่คูเปอร์และทำลายสภาพนำยิ่งยวด25,26 แต่ในบางกรณีการเปลี่ยนผ่านสู่สภาพนำยิ่งยวดสามารถเพิ่มขึ้นได้27,28,29 และยังสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดสภาพนำยิ่งยวดเฟสใหม่ได้อีกด้วย30 การไม่มีสภาพนำยิ่งยวดที่ Pc สามารถอธิบายได้จากการสลายคู่คูเปอร์ที่เกิดจากแสง ที่จุด P0 ศักย์ไฟฟ้าข้ามส่วนต่อประสานจะกลายเป็นศูนย์ ซึ่งบ่งชี้ว่าความหนาแน่นของประจุในทั้งสองด้านของส่วนต่อประสานถึงระดับเดียวกันภายใต้ความเข้มของแสงส่องสว่างในระดับนี้ การเพิ่มความเข้มของเลเซอร์ต่อไปจะส่งผลให้คู่คูเปอร์ถูกทำลายมากขึ้น และ YBCO จะค่อยๆ เปลี่ยนกลับไปเป็นวัสดุชนิด p แทนที่จะเป็นการแพร่ของอิเล็กตรอนและคู่คูเปอร์ คุณสมบัติของส่วนต่อประสานในขณะนี้ถูกกำหนดโดยการแพร่ของอิเล็กตรอนและโฮล ซึ่งนำไปสู่การกลับขั้วของสนามไฟฟ้าในส่วนต่อประสาน และส่งผลให้ Voc เป็นบวก (เปรียบเทียบรูปที่ 1d,h) ที่ความเข้มของเลเซอร์สูงมาก ความต้านทานเชิงอนุพันธ์ของ YBCO จะอิ่มตัวที่ค่าซึ่งสอดคล้องกับสถานะปกติ และทั้ง Voc และ Isc มีแนวโน้มที่จะแปรผันเป็นเส้นตรงกับความเข้มของเลเซอร์ (รูปที่ 2b) ข้อสังเกตนี้แสดงให้เห็นว่าการฉายแสงเลเซอร์บน YBCO ในสถานะปกติจะไม่เปลี่ยนแปลงความต้านทานและลักษณะของส่วนต่อประสานระหว่างตัวนำยิ่งยวดกับโลหะอีกต่อไป แต่จะเพิ่มความเข้มข้นของคู่อิเล็กตรอน-โฮลเท่านั้น
เพื่อตรวจสอบผลของอุณหภูมิที่มีต่อคุณสมบัติทางโฟโตโวลตาอิก ระบบโลหะ-ตัวนำยิ่งยวดถูกฉายแสงเลเซอร์สีน้ำเงินที่มีความเข้ม 502 mW/cm² ที่ขั้วแคโทด กราฟ IV ที่ได้ที่อุณหภูมิต่างๆ ระหว่าง 50 ถึง 300 K แสดงในรูปที่ 3a จากนั้นสามารถหาค่าแรงดันวงเปิด Voc กระแสลัดวงจร Isc และความต้านทานเชิงอนุพันธ์ได้จากกราฟ IV เหล่านี้ และแสดงในรูปที่ 3b เมื่อไม่มีการฉายแสง กราฟ IV ที่วัดได้ที่อุณหภูมิต่างๆ จะผ่านจุดกำเนิดตามที่คาดไว้ (ภาพแทรกในรูปที่ 3a) ลักษณะเฉพาะของกราฟ IV เปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเมื่อระบบถูกฉายด้วยลำแสงเลเซอร์ที่ค่อนข้างแรง (502 mW/cm²) ที่อุณหภูมิต่ำ กราฟ IV จะเป็นเส้นตรงขนานกับแกน I โดยมีค่า Voc เป็นลบ กราฟนี้จะเคลื่อนขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและค่อยๆ เปลี่ยนเป็นเส้นตรงที่มีความชันไม่เป็นศูนย์ที่อุณหภูมิวิกฤต Tcp (รูปที่ 3a (ด้านบน)) ดูเหมือนว่าเส้นโค้งลักษณะเฉพาะ IV ทั้งหมดจะหมุนรอบจุดหนึ่งในควาดรันต์ที่สาม Voc เพิ่มขึ้นจากค่าลบเป็นค่าบวก ในขณะที่ Isc ลดลงจากค่าบวกเป็นค่าลบ เหนืออุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด Tc เดิมของ YBCO เส้นโค้ง IV จะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิในลักษณะที่แตกต่างกัน (ด้านล่างของรูปที่ 3a) ประการแรก จุดศูนย์กลางการหมุนของเส้นโค้ง IV จะเคลื่อนไปยังควาดรันต์แรก ประการที่สอง Voc จะลดลงอย่างต่อเนื่องและ Isc จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น (ด้านบนของรูปที่ 3b) ประการที่สาม ความชันของเส้นโค้ง IV จะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามอุณหภูมิ ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานสำหรับ YBCO เป็นค่าบวก (ด้านล่างของรูปที่ 3b)
การพึ่งพาอุณหภูมิของคุณลักษณะทางไฟฟ้าโซลาร์เซลล์สำหรับระบบวาง YBCO-Ag ภายใต้การฉายแสงเลเซอร์ 502 mW/cm2
จุดศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์อยู่บริเวณขั้วแคโทด (ดูรูปที่ 1i) ก. กราฟ IV ที่ได้จากอุณหภูมิ 50 ถึง 90 K (ด้านบน) และ 100 ถึง 300 K (ด้านล่าง) โดยเพิ่มขึ้นทีละ 5 K และ 20 K ตามลำดับ ภาพแทรก ก. แสดงลักษณะ IV ที่อุณหภูมิต่างๆ ในที่มืด เส้นโค้งทั้งหมดตัดผ่านจุดกำเนิด ข. แรงดันวงเปิด Voc และกระแสลัดวงจร Isc (ด้านบน) และความต้านทานเชิงอนุพันธ์ dV/dI ของ YBCO (ด้านล่าง) เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดที่มีความต้านทานเป็นศูนย์ Tcp ไม่ได้ระบุไว้เนื่องจากอยู่ใกล้กับ Tc0 มากเกินไป
จากรูปที่ 3b สามารถระบุอุณหภูมิวิกฤตได้สามค่า ได้แก่ Tcp ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ YBCO จะไม่เป็นตัวนำยิ่งยวด Tc0 ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ทั้ง Voc และ Isc เป็นศูนย์ และ Tc ซึ่งเป็นอุณหภูมิเริ่มต้นของการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดของ YBCO โดยไม่มีการฉายแสงเลเซอร์ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า Tcp ~ 55 K, YBCO ที่ได้รับการฉายแสงเลเซอร์จะอยู่ในสถานะตัวนำยิ่งยวดโดยมีความเข้มข้นของคู่คูเปอร์ค่อนข้างสูง ผลของการฉายแสงเลเซอร์คือการลดอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดที่มีความต้านทานเป็นศูนย์จาก 89 K เหลือประมาณ 55 K (ด้านล่างของรูปที่ 3b) โดยการลดความเข้มข้นของคู่คูเปอร์ นอกเหนือจากการสร้างแรงดันและกระแสไฟฟ้าจากโฟโตโวลต์ การเพิ่มอุณหภูมิยังทำให้คู่คูเปอร์แตกตัว ส่งผลให้ศักยภาพที่ส่วนต่อประสานลดลง ดังนั้น ค่าสัมบูรณ์ของ Voc จะลดลง แม้ว่าจะใช้ความเข้มของการฉายแสงเลเซอร์เท่าเดิมก็ตาม ศักยภาพที่ส่วนต่อประสานจะลดลงเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และจะลดลงเป็นศูนย์ที่ Tc0 ณ จุดพิเศษนี้ ไม่มีปรากฏการณ์โฟโตโวลต์เกิดขึ้น เนื่องจากไม่มีสนามภายในที่จะแยกคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่เกิดจากแสง การกลับขั้วของศักยภาพเกิดขึ้นเหนืออุณหภูมิวิกฤตนี้ เนื่องจากความหนาแน่นของประจุอิสระในสารละลายเงินมีมากกว่าใน YBCO ซึ่งค่อยๆ เปลี่ยนกลับไปเป็นวัสดุชนิด p ในที่นี้เราต้องการเน้นว่า การกลับขั้วของ Voc และ Isc เกิดขึ้นทันทีหลังจากการเปลี่ยนผ่านสู่สภาพตัวนำยิ่งยวดที่มีความต้านทานเป็นศูนย์ โดยไม่คำนึงถึงสาเหตุของการเปลี่ยนผ่าน การสังเกตนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนเป็นครั้งแรกถึงความสัมพันธ์ระหว่างสภาพตัวนำยิ่งยวดและปรากฏการณ์โฟโตโวลต์ที่เกี่ยวข้องกับศักยภาพของส่วนต่อประสานระหว่างโลหะและตัวนำยิ่งยวด ลักษณะของศักยภาพนี้ที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวนำยิ่งยวดและโลหะปกติเป็นหัวข้อวิจัยที่สำคัญมาหลายทศวรรษแล้ว แต่ยังมีคำถามอีกมากมายที่ยังรอคำตอบ การวัดปรากฏการณ์โฟโตโวลต์อาจพิสูจน์ได้ว่าเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการสำรวจรายละเอียด (เช่น ความแรงและขั้ว ฯลฯ) ของศักยภาพที่สำคัญนี้ และด้วยเหตุนี้จึงช่วยให้เข้าใจถึงผลกระทบใกล้เคียงของสภาพตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงได้ดียิ่งขึ้น
การเพิ่มอุณหภูมิจาก Tc0 ไปจนถึง Tc จะทำให้ความเข้มข้นของคู่คูเปอร์ลดลง และศักยภาพที่ส่วนต่อประสานจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ Voc มีค่ามากขึ้น ที่ Tc ความเข้มข้นของคู่คูเปอร์จะกลายเป็นศูนย์ และศักยภาพภายในที่ส่วนต่อประสานจะถึงค่าสูงสุด ส่งผลให้ Voc มีค่าสูงสุดและ Isc มีค่าต่ำสุด การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของ Voc และ Isc (ค่าสัมบูรณ์) ในช่วงอุณหภูมินี้สอดคล้องกับการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด ซึ่งขยายจาก ΔT ~ 3 K เป็น ~34 K โดยการฉายแสงเลเซอร์ที่มีความเข้ม 502 mW/cm2 (รูปที่ 3b) ในสถานะปกติเหนือ Tc แรงดันไฟฟ้าวงเปิด Voc จะลดลงตามอุณหภูมิ (ด้านบนของรูปที่ 3b) คล้ายกับพฤติกรรมเชิงเส้นของ Voc สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ปกติที่ใช้ pn junctions31,32,33 แม้ว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงของ Voc กับอุณหภูมิ (−dVoc/dT) ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มของเลเซอร์อย่างมาก จะมีค่าน้อยกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไปมาก แต่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของ Voc สำหรับรอยต่อ YBCO-Ag มีขนาดอยู่ในลำดับเดียวกันกับเซลล์แสงอาทิตย์ กระแสรั่วไหลของรอยต่อ pn ในอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไปจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ Voc ลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เส้นโค้ง IV เชิงเส้นที่สังเกตได้ในระบบตัวนำยิ่งยวด Ag นี้ เนื่องจากประการแรกคือศักยภาพของอินเตอร์เฟซที่เล็กมาก และประการที่สองคือการเชื่อมต่อแบบ back-to-back ของเฮเทอโรจังก์ชันทั้งสอง ทำให้ยากต่อการกำหนดกระแสรั่วไหล อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าการพึ่งพาอุณหภูมิของกระแสรั่วไหลแบบเดียวกันนี้เป็นสาเหตุของพฤติกรรม Voc ที่สังเกตได้ในการทดลองของเรา ตามคำนิยาม Isc คือกระแสที่จำเป็นในการสร้างแรงดันลบเพื่อชดเชย Voc เพื่อให้แรงดันรวมเป็นศูนย์ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น Voc จะมีค่าน้อยลง ดังนั้นจึงต้องการกระแสที่น้อยลงในการสร้างแรงดันลบ นอกจากนี้ ความต้านทานของ YBCO จะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามอุณหภูมิที่สูงกว่า Tc (ด้านล่างของรูปที่ 3b) ซึ่งส่งผลให้ค่าสัมบูรณ์ของ Isc มีค่าน้อยลงที่อุณหภูมิสูง
โปรดสังเกตว่าผลลัพธ์ที่แสดงในรูปที่ 2 และ 3 ได้มาจากการฉายแสงเลเซอร์ไปยังบริเวณรอบๆ ขั้วแคโทด การวัดได้ทำซ้ำโดยวางจุดเลเซอร์ไว้ที่ขั้วแอโนด และพบว่ามีลักษณะ IV และคุณสมบัติทางโฟโตโวลต์ที่คล้ายคลึงกัน ยกเว้นว่าขั้วของ Voc และ Isc กลับกันในกรณีนี้ ข้อมูลทั้งหมดนี้ชี้ให้เห็นถึงกลไกของปรากฏการณ์โฟโตโวลต์ ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับส่วนต่อประสานระหว่างตัวนำยิ่งยวดกับโลหะ
โดยสรุปแล้ว ได้มีการวัดคุณลักษณะ IV ของระบบวาง YBCO-Ag ตัวนำยิ่งยวดที่ฉายแสงเลเซอร์ โดยพิจารณาจากอุณหภูมิและความเข้มของเลเซอร์ พบว่ามีปรากฏการณ์โฟโตโวลต์ที่น่าทึ่งในช่วงอุณหภูมิ 50 ถึง 300 K และพบว่าคุณสมบัติโฟโตโวลต์มีความสัมพันธ์อย่างมากกับสภาพตัวนำยิ่งยวดของเซรามิก YBCO การกลับขั้วของ Voc และ Isc เกิดขึ้นทันทีหลังจากการเปลี่ยนสถานะจากตัวนำยิ่งยวดเป็นไม่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่เกิดจากแสง การพึ่งพาอุณหภูมิของ Voc และ Isc ที่วัดได้ที่ความเข้มของเลเซอร์คงที่ แสดงให้เห็นถึงการกลับขั้วที่ชัดเจนที่อุณหภูมิวิกฤต ซึ่งสูงกว่านั้นตัวอย่างจะกลายเป็นตัวต้านทาน โดยการวางตำแหน่งจุดเลเซอร์ไปยังส่วนต่างๆ ของตัวอย่าง เราแสดงให้เห็นว่ามีศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสาน ซึ่งเป็นแรงแยกสำหรับคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่เกิดจากแสง ศักย์ไฟฟ้าที่ส่วนต่อประสานนี้มีทิศทางจาก YBCO ไปยังขั้วไฟฟ้าโลหะเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวด และเปลี่ยนทิศทางตรงกันข้ามเมื่อตัวอย่างไม่เป็นตัวนำยิ่งยวด ที่มาของศักยภาพอาจเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ความใกล้เคียงที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะและตัวนำยิ่งยวดเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวด โดยคาดว่าจะมีค่าประมาณ ~10−8 mV ที่ 50 K ด้วยความเข้มของเลเซอร์ 502 mW/cm2 การสัมผัสกันของวัสดุชนิด p-type YBCO ในสถานะปกติกับวัสดุชนิด n-type ที่เป็น Ag-paste จะก่อให้เกิดรอยต่อแบบ quasi-pn ซึ่งเป็นสาเหตุของพฤติกรรมโฟโตโวลต์ของเซรามิก YBCO ที่อุณหภูมิสูง การสังเกตข้างต้นช่วยให้เข้าใจถึงปรากฏการณ์ PV ในเซรามิก YBCO ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง และปูทางไปสู่การใช้งานใหม่ๆ ในอุปกรณ์อิเล็กโทรออปติก เช่น เครื่องตรวจจับแสงแบบพาสซีฟความเร็วสูง และเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยว
การทดลองปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกดำเนินการกับตัวอย่างเซรามิก YBCO ที่มีความหนา 0.52 มม. และรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาด 8.64 × 2.26 มม.² โดยฉายแสงเลเซอร์สีน้ำเงินแบบต่อเนื่อง (λ = 450 นาโนเมตร) ที่มีรัศมีจุดเลเซอร์ 1.25 มม. การใช้ตัวอย่างแบบก้อนแทนฟิล์มบางทำให้เราสามารถศึกษาคุณสมบัติโฟโตโวลตาอิกของตัวนำยิ่งยวดได้โดยไม่ต้องจัดการกับอิทธิพลที่ซับซ้อนของพื้นผิวรองรับ6,7 นอกจากนี้ วัสดุแบบก้อนยังเอื้ออำนวยต่อขั้นตอนการเตรียมที่ง่ายและต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ ลวดทองแดงถูกยึดติดกับตัวอย่าง YBCO ด้วยกาวเงินเพื่อสร้างอิเล็กโทรดวงกลมสี่วงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 มม. ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดแรงดันไฟฟ้าสองตัวประมาณ 5 มม. ลักษณะ IV ของตัวอย่างถูกวัดโดยใช้เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสั่น (VersaLab, Quantum Design) ที่มีหน้าต่างผลึกควอตซ์ ใช้วิธีสี่สายมาตรฐานในการหาเส้นโค้ง IV ตำแหน่งสัมพัทธ์ของอิเล็กโทรดและจุดเลเซอร์แสดงในรูปที่ 1i
วิธีการอ้างอิงบทความนี้: Yang, F. และคณะ ที่มาของปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกในเซรามิกตัวนำยิ่งยวด YBa2Cu3O6.96 Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015)
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ที่ต้องห้ามสมมาตรใน YBa2Cu3O7 Phys. Rev. B 41, 11564–11567 (1990)
Kwok, HS, Zheng, JP และ Dong, SY ที่มาของสัญญาณโฟโตโวลต์ที่ผิดปกติใน Y-Ba-Cu-O Phys. Rev. B 43, 6270–6272 (1991)
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW การวัดแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ของตัวนำยิ่งยวด Bi-Sr-Ca-Cu-O Phys. Rev. B 46, 5773–5776 (1992)
Tate, KL และคณะ แรงดันไฟฟ้าชั่วคราวที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ในฟิล์ม YBa2Cu3O7-x ที่อุณหภูมิห้อง J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990)
Kwok, HS & Zheng, JP การตอบสนองทางโฟโตโวลต์ที่ผิดปกติใน YBa2Cu3O7 Phys. Rev. B 46, 3692–3695 (1992)
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. และ Hiroi, Z. การฉีดประจุบวกที่เกิดจากแสงไปยัง YBa2Cu3O7−x ในโครงสร้างเฮเทอโรออกไซด์ Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004)
Asakura, D. และคณะ การศึกษาการปล่อยโฟตอนของฟิล์มบาง YBa2Cu3Oy ภายใต้การส่องสว่างด้วยแสง Phys. Rev. Lett. 93, 247006 (2004)
Yang, F. และคณะ ผลกระทบทางโฟโตโวลตาอิกของเฮเทอโรจังก์ชัน YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb ที่ผ่านการอบในความดันย่อยของออกซิเจนที่แตกต่างกัน Mater. Lett. 130, 51–53 (2014)
Aminov, BA และคณะ โครงสร้างสองช่องว่างในผลึกเดี่ยว Yb(Y)Ba2Cu3O7-x J. Supercond. 7, 361–365 (1994)
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. และ Mihailovic, D. พลวัตการผ่อนคลายของอนุภาคเสมือนในตัวนำยิ่งยวดที่มีโครงสร้างช่องว่างต่างกัน: ทฤษฎีและการทดลองเกี่ยวกับ YBa2Cu3O7-δ Phys. Rev. B 59, 1497–1506 (1999)
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG คุณสมบัติการแก้ไขของเฮเทอโรจังก์ชัน YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005)
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB การดูดกลืนเอ็กซิตอนและสภาพนำยิ่งยวดใน YBa2Cu3O7-δ Phys. Rev. Lett. 59, 919–922 (1987)
Yu, G., Heeger, AJ และ Stucky, G. การนำไฟฟ้าชั่วคราวที่เกิดจากแสงในผลึกเดี่ยวของสารกึ่งตัวนำ YBa2Cu3O6.3: การค้นหาสถานะโลหะที่เกิดจากแสงและการนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่เกิดจากแสง Solid State Commun. 72, 345–349 (1989)
McMillan, WL แบบจำลองการอุโมงค์ของปรากฏการณ์ความใกล้เคียงของตัวนำยิ่งยวด Phys. Rev. 175, 537–542 (1968)
Guéron, S. และคณะ การตรวจสอบปรากฏการณ์ความใกล้เคียงของตัวนำยิ่งยวดในระดับความยาวเมโซสโคปิก Phys. Rev. Lett. 77, 3025–3028 (1996)
Annunziata, G. & Manske, D. ปรากฏการณ์ความใกล้เคียงในตัวนำยิ่งยวดที่ไม่สมมาตรศูนย์กลาง Phys. Rev. B 86, 17514 (2012)
Qu, FM และคณะ ผลกระทบความใกล้เคียงของตัวนำยิ่งยวดที่รุนแรงในโครงสร้างไฮบริด Pb-Bi2Te3 รายงานทางวิทยาศาสตร์ 2, 339 (2012)
Chapin, DM, Fuller, CS และ Pearson, GL โฟโตเซลล์ซิลิคอน pn junction แบบใหม่สำหรับการแปลงรังสีแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า J. App. Phys. 25, 676–677 (1954)
Tomimoto, K. ผลกระทบของสิ่งเจือปนต่อความยาวการเชื่อมโยงยิ่งยวดในผลึกเดี่ยว YBa2Cu3O6.9 ที่เจือด้วย Zn หรือ Ni Phys. Rev. B 60, 114–117 (1999)
Ando, Y. & Segawa, K. ความต้านทานแม่เหล็กของผลึกเดี่ยว YBa2Cu3Oy ที่ไม่มีผลึกแฝดในช่วงการเจือปนที่กว้าง: การพึ่งพาการเจือปนรูที่ผิดปกติของความยาวการเชื่อมโยง Phys. Rev. Lett. 88, 167005 (2002)
Obertelli, SD & Cooper, JR ระบบพลังงานเทอร์โมอิเล็กทริกของออกไซด์อุณหภูมิสูง Phys. Rev. B 46, 14928–14931, (1992)
Sugai, S. และคณะ การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมที่ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของตัวพาของจุดสูงสุดที่สอดคล้องกันและโหมดโฟนอน LO ในตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงชนิด p Phys. Rev. B 68, 184504 (2003)
Nojima, T. และคณะ การลดจำนวนรูและการสะสมอิเล็กตรอนในฟิล์มบาง YBa2Cu3Oy โดยใช้เทคนิคทางเคมีไฟฟ้า: หลักฐานสำหรับสถานะโลหะชนิด n Phys. Rev. B 84, 020502 (2011)
Tung, RT ฟิสิกส์และเคมีของความสูงของกำแพงชอตต์กี Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014)
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN ผลกระทบของการแตกคู่ภายนอกแบบไดนามิกในฟิล์มตัวนำยิ่งยวด Phys. Rev. Lett. 33, 215–219 (1974)
Nieva, G. และคณะ การเพิ่มขึ้นของสภาพนำยิ่งยวดที่เกิดจากแสง Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992)
Kudinov, VI และคณะ การนำไฟฟ้าด้วยแสงอย่างต่อเนื่องในฟิล์ม YBa2Cu3O6+x เป็นวิธีการเติมสารด้วยแสงเพื่อสร้างเฟสโลหะและตัวนำยิ่งยวด Phys. Rev. B 14, 9017–9028 (1993)
Mankowsky, R. และคณะ พลศาสตร์ของแลตติสแบบไม่เชิงเส้นเป็นพื้นฐานสำหรับการนำยิ่งยวดที่เพิ่มขึ้นใน YBa2Cu3O6.5 Nature 516, 71–74 (2014)
Fausti, D. และคณะ การนำไฟฟ้าเหนือยวดยิ่งที่เกิดจากแสงในคิวเพรตที่มีการเรียงตัวเป็นแถบ Science 331, 189–191 (2011)
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA การพึ่งพาเชิงฟังก์ชันของอุณหภูมิของ VOC สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพ แนวทางใหม่ การกลั่นน้ำทะเล 209, 91–96 (2007)
Vernon, SM & Anderson, WA ผลกระทบของอุณหภูมิในเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบ Schottky-barrier Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975)
Katz, EA, Faiman, D. และ Tuladhar, SM การพึ่งพาอุณหภูมิของพารามิเตอร์อุปกรณ์โฟโตโวลตาอิกของเซลล์แสงอาทิตย์โพลีเมอร์-ฟูลเลอรีนภายใต้สภาวะการทำงาน J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002)
งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีน (หมายเลขทุน 60571063) และโครงการวิจัยพื้นฐานของมณฑลเหอหนาน ประเทศจีน (หมายเลขทุน 122300410231)
FY เป็นผู้เขียนเนื้อหาของบทความ และ MYH เป็นผู้เตรียมตัวอย่างเซรามิก YBCO FY และ MYH เป็นผู้ทำการทดลองและวิเคราะห์ผลลัพธ์ FGC เป็นผู้นำโครงการและตีความข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ ผู้เขียนทุกท่านได้ตรวจสอบต้นฉบับแล้ว
งานนี้ได้รับอนุญาตภายใต้ Creative Commons Attribution 4.0 International License รูปภาพหรือวัสดุอื่น ๆ จากบุคคลที่สามในบทความนี้รวมอยู่ภายใต้ใบอนุญาต Creative Commons ของบทความ เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่นในบรรทัดแสดงที่มา หากวัสดุนั้นไม่ได้อยู่ภายใต้ใบอนุญาต Creative Commons ผู้ใช้จะต้องขออนุญาตจากเจ้าของใบอนุญาตเพื่อทำซ้ำวัสดุนั้น หากต้องการดูสำเนาใบอนุญาตนี้ โปรดไปที่ http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. และ Chang, F. ที่มาของปรากฏการณ์โฟโตโวลต์ในเซรามิกตัวนำยิ่งยวด YBa2Cu3O6.96 Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
เมื่อคุณส่งความคิดเห็น คุณตกลงที่จะปฏิบัติตามข้อกำหนดและหลักเกณฑ์ชุมชนของเรา หากคุณพบสิ่งใดที่ละเมิดหรือขัดต่อข้อกำหนดหรือหลักเกณฑ์ของเรา โปรดแจ้งว่าเป็นสิ่งที่ไม่เหมาะสม
เวลาโพสต์: 22 เมษายน 2563