ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม nature.com คุณกำลังใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันที่รองรับ CSS ได้จำกัด หากต้องการประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตล่าสุด (หรือปิดโหมดการทำงานร่วมกันใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าจะได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจึงแสดงเว็บไซต์โดยไม่ใช้รูปแบบและ JavaScript
เราได้รายงานผลโฟโตวอลตาอิคที่น่าทึ่งในเซรามิก YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ระหว่าง 50 ถึง 300 K ที่เหนี่ยวนำโดยการส่องแสงเลเซอร์สีน้ำเงิน ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับสภาพนำยิ่งยวดของ YBCO และอินเทอร์เฟซอิเล็กโทรดโลหะ YBCO มีการกลับขั้วสำหรับแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc และกระแสไฟฟ้าลัดวงจร Isc เมื่อ YBCO เปลี่ยนจากสถานะตัวนำยิ่งยวดเป็นสถานะต้านทาน เราแสดงให้เห็นว่ามีศักย์ไฟฟ้าอยู่ทั่วอินเทอร์เฟซโลหะตัวนำยิ่งยวด-ปกติ ซึ่งให้แรงแยกสำหรับคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่เหนี่ยวนำด้วยแสง ศักย์อินเทอร์เฟซนี้ส่งจาก YBCO ไปยังอิเล็กโทรดโลหะเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวดและสลับไปในทิศทางตรงข้ามเมื่อ YBCO กลายเป็นไม่เป็นตัวนำยิ่งยวด แหล่งกำเนิดของศักยภาพอาจเกี่ยวข้องกับเอฟเฟกต์ความใกล้ชิดที่อินเทอร์เฟซโลหะ-ตัวนำยิ่งยวดเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวดและค่าของมันประมาณอยู่ที่ ~10–8 mV ที่อุณหภูมิ 50 K ด้วยความเข้มของเลเซอร์ที่ 502 mW/cm2 การรวมกันของวัสดุประเภท p YBCO ในสถานะปกติกับวัสดุประเภท n Ag-paste จะสร้างรอยต่อแบบ quasi-pn ซึ่งเป็นสาเหตุของพฤติกรรมโฟโตวอลตาอิกของเซรามิก YBCO ที่อุณหภูมิสูง ผลการค้นพบของเราอาจปูทางไปสู่การประยุกต์ใช้ใหม่ของอุปกรณ์โฟตอนอิเล็กทรอนิกส์และให้ความกระจ่างเพิ่มเติมเกี่ยวกับเอฟเฟกต์ความใกล้ชิดที่อินเทอร์เฟซตัวนำยิ่งยวด-โลหะ
แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากแสงในตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงได้รับการรายงานในช่วงต้นทศวรรษ 1990 และมีการตรวจสอบอย่างกว้างขวางนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา แต่ลักษณะและกลไกของมันยังคงไม่ชัดเจน1,2,3,4,5 โดยเฉพาะอย่างยิ่งฟิล์มบาง YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8 ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นในรูปแบบของเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) เนื่องจากมีช่องว่างพลังงานที่ปรับได้9,10,11,12,13 อย่างไรก็ตาม ความต้านทานสูงของพื้นผิวมักทำให้ประสิทธิภาพการแปลงของอุปกรณ์ต่ำและบดบังคุณสมบัติ PV หลักของ YBCO8 ที่นี่เราจะรายงานเอฟเฟกต์เซลล์แสงอาทิตย์ที่น่าทึ่งซึ่งเหนี่ยวนำโดยการส่องแสงเลเซอร์สีน้ำเงิน (λ = 450 นาโนเมตร) ในเซรามิก YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ระหว่าง 50 ถึง 300 K (Tc ~ 90 K) เราแสดงให้เห็นว่าเอฟเฟกต์ PV เกี่ยวข้องโดยตรงกับสภาพนำไฟฟ้ายิ่งยวดของ YBCO และลักษณะของอินเทอร์เฟซอิเล็กโทรดโลหะ YBCO มีการกลับขั้วของแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc และกระแสไฟฟ้าลัดวงจร Isc เมื่อ YBCO เปลี่ยนจากเฟสตัวนำยิ่งยวดไปเป็นสถานะต้านทาน มีการเสนอว่ามีศักย์ไฟฟ้าข้ามอินเทอร์เฟซโลหะตัวนำยิ่งยวด-ปกติ ซึ่งให้แรงแยกสำหรับคู่รูอิเล็กตรอนที่เหนี่ยวนำด้วยแสง ศักย์อินเทอร์เฟซนี้ส่งจาก YBCO ไปยังอิเล็กโทรดโลหะเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวด และเปลี่ยนไปในทิศทางตรงข้ามเมื่อตัวอย่างกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด ต้นกำเนิดของศักย์ไฟฟ้าอาจเกี่ยวข้องโดยธรรมชาติกับเอฟเฟกต์ความใกล้ชิด14,15,16,17 ที่อินเทอร์เฟซโลหะ-ตัวนำยิ่งยวดเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวด และค่าของศักย์ไฟฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ 10−8 mV ที่ 50 K ด้วยความเข้มของเลเซอร์ 502 mW/cm2 การรวมกันของวัสดุประเภท p YBCO ในสถานะปกติกับวัสดุประเภท n Ag-paste ก่อให้เกิดรอยต่อแบบ quasi-pn ที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุด ซึ่งเป็นสาเหตุของพฤติกรรม PV ของเซรามิก YBCO ที่อุณหภูมิสูง การสังเกตของเราทำให้เข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับต้นกำเนิดของเอฟเฟกต์ PV ในเซรามิก YBCO ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง และปูทางไปสู่การประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องตรวจจับแสงแบบพาสซีฟที่รวดเร็ว เป็นต้น
รูปที่ 1a–c แสดงให้เห็นลักษณะ IV ของตัวอย่างเซรามิก YBCO ที่อุณหภูมิ 50 K หากไม่มีการส่องสว่าง แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวอย่างจะยังคงเป็นศูนย์เมื่อกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง ซึ่งคาดว่าจะเกิดขึ้นจากวัสดุตัวนำยิ่งยวด เอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิกที่ชัดเจนปรากฏขึ้นเมื่อลำแสงเลเซอร์มุ่งไปที่แคโทด (รูปที่ 1a): เส้นโค้ง IV ที่ขนานกับแกน I จะเคลื่อนลงด้านล่างเมื่อความเข้มของเลเซอร์เพิ่มขึ้น เห็นได้ชัดว่ามีแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากโฟโตเชิงลบแม้ว่าจะไม่มีกระแสไฟฟ้าใดๆ (มักเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc) ความชันเป็นศูนย์ของเส้นโค้ง IV บ่งชี้ว่าตัวอย่างยังคงเป็นตัวนำยิ่งยวดภายใต้การส่องสว่างด้วยเลเซอร์
(a–c) และ 300 K (e–g) ค่า V(I) ได้มาจากการวัดกระแสจาก −10 mA ถึง +10 mA ในสุญญากาศ ข้อมูลการทดลองบางส่วนเท่านั้นที่นำเสนอเพื่อความชัดเจน a ลักษณะกระแส-แรงดันไฟของ YBCO วัดด้วยจุดเลเซอร์ที่ตำแหน่งแคโทด (i) เส้นโค้ง IV ทั้งหมดเป็นเส้นตรงแนวนอนซึ่งบ่งชี้ว่าตัวอย่างยังคงเป็นตัวนำยิ่งยวดด้วยการฉายแสงเลเซอร์ เส้นโค้งจะเคลื่อนลงตามความเข้มของเลเซอร์ที่เพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่ามีศักย์ไฟฟ้าลบ (Voc) ระหว่างสายแรงดันไฟฟ้าทั้งสองเส้นแม้ว่ากระแสจะเป็นศูนย์ก็ตาม เส้นโค้ง IV ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเลเซอร์มุ่งไปที่จุดศูนย์กลางของตัวอย่างที่อีเธอร์ 50 K (b) หรือ 300 K (f) เส้นแนวนอนจะเคลื่อนขึ้นเมื่อขั้วบวกได้รับแสง (c) แบบจำลองแผนผังของรอยต่อโลหะ-ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิ 50 K แสดงไว้ใน d ลักษณะกระแส-แรงดันของ YBCO ในสถานะปกติที่ 300 K วัดโดยให้ลำแสงเลเซอร์ชี้ไปที่แคโทดและแอโนดแสดงไว้ใน e และ g ตามลำดับ เมื่อเทียบกับผลลัพธ์ที่ 50 K ความลาดชันที่ไม่เป็นศูนย์ของเส้นตรงบ่งชี้ว่า YBCO อยู่ในสถานะปกติ ค่า Voc เปลี่ยนแปลงตามความเข้มของแสงในทิศทางตรงข้าม ซึ่งบ่งชี้ถึงกลไกการแยกประจุที่แตกต่างกัน โครงสร้างอินเทอร์เฟซที่เป็นไปได้ที่ 300 K แสดงไว้ใน hj ภาพจริงของตัวอย่างพร้อมสายนำ
YBCO ที่มีออกซิเจนสูงในสถานะตัวนำยิ่งยวดสามารถดูดซับแสงอาทิตย์ได้เกือบเต็มสเปกตรัมเนื่องจากช่องว่างพลังงานที่เล็กมาก (Eg)9,10 จึงสร้างคู่อิเล็กตรอน-โฮล (e–h) ขึ้นได้ เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc โดยการดูดซับโฟตอน จำเป็นต้องแยกคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่สร้างจากแสงในเชิงพื้นที่ก่อนที่จะเกิดการรวมตัวใหม่18 Voc เชิงลบเมื่อเทียบกับแคโทดและแอโนดตามที่แสดงในรูปที่ 1i แสดงให้เห็นว่ามีศักย์ไฟฟ้าอยู่ทั่วอินเทอร์เฟซโลหะ-ตัวนำยิ่งยวด ซึ่งจะกวาดอิเล็กตรอนไปที่แอโนดและโฮลไปที่แคโทด หากเป็นเช่นนี้ ควรมีศักย์ไฟฟ้าที่ชี้จากตัวนำยิ่งยวดไปยังอิเล็กโทรดโลหะที่แอโนดด้วย ดังนั้น จะได้ Voc เชิงบวกหากพื้นที่ตัวอย่างใกล้แอโนดได้รับแสง นอกจากนี้ ไม่ควรมีแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากแสงเมื่อจุดเลเซอร์ชี้ไปยังพื้นที่ที่อยู่ห่างจากอิเล็กโทรด ซึ่งเป็นกรณีที่แน่นอนดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1b,c!
เมื่อจุดแสงเคลื่อนจากอิเล็กโทรดแคโทดไปยังจุดศูนย์กลางของตัวอย่าง (ห่างจากอินเทอร์เฟซประมาณ 1.25 มม.) จะไม่พบการเปลี่ยนแปลงของเส้นโค้ง IV และไม่มี Voc เมื่อความเข้มของเลเซอร์เพิ่มขึ้นจนถึงค่าสูงสุดที่หาได้ (รูปที่ 1b) โดยธรรมชาติแล้ว ผลลัพธ์นี้สามารถอธิบายได้จากอายุการใช้งานที่จำกัดของตัวพาที่เหนี่ยวนำด้วยแสงและแรงแยกที่ขาดหายไปในตัวอย่าง คู่อิเล็กตรอน-โฮลสามารถสร้างขึ้นได้ทุกครั้งที่ตัวอย่างได้รับแสง แต่คู่ e-h ส่วนใหญ่จะถูกทำลาย และไม่พบเอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิกหากจุดเลเซอร์ตกบนพื้นที่ที่อยู่ห่างจากอิเล็กโทรดใดๆ เมื่อเคลื่อนจุดเลเซอร์ไปยังอิเล็กโทรดแอโนด เส้นโค้ง IV ที่ขนานกับแกน I จะเคลื่อนขึ้นด้านบนเมื่อความเข้มของเลเซอร์เพิ่มขึ้น (รูปที่ 1c) มีสนามไฟฟ้าในตัวที่คล้ายกันในรอยต่อระหว่างโลหะกับตัวนำยิ่งยวดที่แอโนด อย่างไรก็ตาม อิเล็กโทรดโลหะจะเชื่อมต่อกับสายบวกของระบบทดสอบในครั้งนี้ รูที่เกิดจากเลเซอร์จะถูกผลักไปที่ขั้วบวกของสายนำไฟฟ้า จึงสังเกตเห็น Voc ที่เป็นบวก ผลลัพธ์ที่นำเสนอในที่นี้ให้หลักฐานที่ชัดเจนว่าศักย์อินเทอร์เฟซที่ชี้จากตัวนำยิ่งยวดไปยังอิเล็กโทรดโลหะมีอยู่จริง
รูปที่ 1e–g แสดงผลของโฟโตวอลตาอิกในเซรามิก YBa2Cu3O6.96 ที่อุณหภูมิ 300 K หากไม่มีการส่องสว่าง เส้นโค้ง IV ของตัวอย่างจะเป็นเส้นตรงที่ตัดผ่านจุดกำเนิด เส้นตรงนี้จะเคลื่อนขึ้นขนานกับเส้นเดิมโดยมีความเข้มของเลเซอร์ที่เพิ่มขึ้นที่ฉายไปที่ขั้วแคโทด (รูปที่ 1e) มีกรณีจำกัดที่น่าสนใจสองกรณีสำหรับอุปกรณ์โฟโตวอลตาอิก สภาวะไฟฟ้าลัดวงจรเกิดขึ้นเมื่อ V = 0 กระแสไฟฟ้าในกรณีนี้เรียกว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจร (Isc) กรณีจำกัดที่สองคือสภาวะวงจรเปิด (Voc) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ R→∞ หรือกระแสไฟฟ้าเป็นศูนย์ รูปที่ 1e แสดงให้เห็นชัดเจนว่า Voc เป็นค่าบวกและเพิ่มขึ้นตามความเข้มของแสงที่เพิ่มขึ้น ซึ่งต่างจากผลลัพธ์ที่ได้ที่อุณหภูมิ 50 K ในขณะที่ Isc ลบจะสังเกตเห็นว่ามีขนาดเพิ่มขึ้นตามความสว่างของแสง ซึ่งเป็นพฤติกรรมทั่วไปของเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไป
ในทำนองเดียวกัน เมื่อลำแสงเลเซอร์ถูกชี้ไปยังพื้นที่ที่อยู่ห่างจากอิเล็กโทรด กราฟ V(I) จะไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของเลเซอร์ และไม่มีเอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิกเกิดขึ้น (รูปที่ 1f) เช่นเดียวกับการวัดที่อุณหภูมิ 50 K กราฟ IV จะเคลื่อนไปในทิศทางตรงข้ามเมื่ออิเล็กโทรดขั้วบวกถูกฉายรังสี (รูปที่ 1g) ผลลัพธ์ทั้งหมดที่ได้จากระบบ YBCO-Ag paste ที่อุณหภูมิ 300 K โดยฉายรังสีเลเซอร์ที่ตำแหน่งต่างๆ ของตัวอย่างนั้นสอดคล้องกับศักย์อินเทอร์เฟซที่ตรงกันข้ามกับศักย์ที่สังเกตได้ที่อุณหภูมิ 50 K
อิเล็กตรอนส่วนใหญ่จะควบแน่นในคู่ Cooper ใน YBCO ที่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิเปลี่ยนผ่าน Tc ในขณะที่อยู่ในอิเล็กโทรดโลหะ อิเล็กตรอนทั้งหมดจะยังคงอยู่ในรูปเอกพจน์ มีการไล่ระดับความหนาแน่นอย่างมากสำหรับอิเล็กตรอนเอกพจน์และคู่ Cooper ในบริเวณใกล้เคียงอินเทอร์เฟซโลหะ-ตัวนำยิ่งยวด อิเล็กตรอนเอกพจน์ที่เป็นพาหะส่วนใหญ่ในวัสดุโลหะจะแพร่กระจายเข้าไปในบริเวณตัวนำยิ่งยวด ในขณะที่คู่ Cooper ที่เป็นพาหะส่วนใหญ่ในบริเวณ YBCO จะแพร่กระจายเข้าไปในบริเวณโลหะ เมื่อคู่ Cooper ที่มีประจุมากกว่าและมีความคล่องตัวมากกว่าอิเล็กตรอนเอกพจน์แพร่กระจายจาก YBCO เข้าไปในบริเวณโลหะ อะตอมที่มีประจุบวกจะถูกทิ้งไว้ข้างหลัง ส่งผลให้เกิดสนามไฟฟ้าในบริเวณประจุในอวกาศ ทิศทางของสนามไฟฟ้านี้แสดงอยู่ในแผนภาพวงจร รูปที่ 1d การส่องแสงโฟตอนตกกระทบใกล้บริเวณประจุในอวกาศสามารถสร้างคู่ eh ที่จะแยกออกและกวาดออกไป ทำให้เกิดโฟโตเคอร์เรนต์ในทิศทางไบอัสย้อนกลับ ทันทีที่อิเล็กตรอนหลุดออกจากสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้น อิเล็กตรอนจะถูกควบแน่นเป็นคู่และไหลไปที่อิเล็กโทรดอีกอันโดยไม่มีความต้านทาน ในกรณีนี้ Voc จะตรงข้ามกับขั้วที่ตั้งไว้ล่วงหน้าและแสดงค่าลบเมื่อลำแสงเลเซอร์ชี้ไปที่บริเวณรอบๆ อิเล็กโทรดลบ จากค่า Voc เราสามารถประมาณศักย์ไฟฟ้าข้ามอินเทอร์เฟซได้ โดยระยะห่างระหว่างสายแรงดันไฟฟ้าทั้งสอง d คือ ~5 × 10−3 ม. ความหนาของอินเทอร์เฟซโลหะ-ตัวนำยิ่งยวด di ควรมีค่าเท่ากับความยาวสหสัมพันธ์ของตัวนำยิ่งยวด YBCO (~1 นาโนเมตร)19,20 ให้ค่า Voc = 0.03 mV ศักย์ไฟฟ้า Vms ที่อินเทอร์เฟซโลหะ-ตัวนำยิ่งยวดจะประเมินได้ว่าอยู่ที่ ~10−11 V ที่อุณหภูมิ 50 K โดยมีความเข้มของเลเซอร์ 502 mW/cm2 โดยใช้สมการ
เราต้องการเน้นย้ำตรงนี้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากแสงไม่สามารถอธิบายได้ด้วยผลทางความร้อนจากแสง จากการทดลองพบว่าค่าสัมประสิทธิ์ซีเบกของตัวนำยิ่งยวด YBCO คือ Ss = 021 ค่าสัมประสิทธิ์ซีเบกสำหรับสายนำทองแดงอยู่ในช่วง SCu = 0.34–1.15 μV/K3 อุณหภูมิของสายทองแดงที่จุดเลเซอร์สามารถเพิ่มขึ้นได้เล็กน้อยที่ 0.06 K โดยมีความเข้มของเลเซอร์สูงสุดที่ 50 K ซึ่งสามารถสร้างศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกได้ 6.9 × 10−8 V ซึ่งเล็กกว่า Voc ที่ได้จากรูปที่ 1 (a) ถึงสามเท่า เห็นได้ชัดว่าผลทางเทอร์โมอิเล็กทริกมีขนาดเล็กเกินไปที่จะอธิบายผลการทดลองได้ ในความเป็นจริง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอันเนื่องมาจากการฉายแสงเลเซอร์จะหายไปในเวลาไม่ถึงหนึ่งนาที ดังนั้น จึงสามารถละเลยผลทางความร้อนได้อย่างปลอดภัย
ผลกระทบของโฟโตวอลตาอิกของ YBCO ที่อุณหภูมิห้องนี้แสดงให้เห็นว่ากลไกการแยกประจุที่แตกต่างกันมีส่วนเกี่ยวข้องที่นี่ YBCO ตัวนำยิ่งยวดในสถานะปกติเป็นวัสดุประเภท p ที่มีรูเป็นตัวพาประจุ22,23 ในขณะที่ Ag-paste โลหะมีลักษณะของวัสดุประเภท n คล้ายกับรอยต่อ pn การแพร่กระจายของอิเล็กตรอนในเพสต์เงินและรูในเซรามิก YBCO จะสร้างสนามไฟฟ้าภายในที่ชี้ไปยังเซรามิก YBCO ที่อินเทอร์เฟซ (รูปที่ 1h) สนามไฟฟ้าภายในนี้เองที่ทำให้เกิดแรงแยกและนำไปสู่ Voc บวกและ Isc ลบสำหรับระบบ YBCO-Ag paste ที่อุณหภูมิห้อง ดังที่แสดงในรูปที่ 1e หรืออีกทางหนึ่ง Ag-YBCO อาจสร้างรอยต่อ Schottky ประเภท p ซึ่งนำไปสู่ศักย์อินเทอร์เฟซที่มีขั้วเดียวกันกับในแบบจำลองที่นำเสนอข้างต้น24
ในการศึกษาขั้นตอนวิวัฒนาการโดยละเอียดของคุณสมบัติของโฟโตวอลตาอิคระหว่างการเปลี่ยนผ่านเป็นตัวนำยิ่งยวดของ YBCO เส้นโค้ง IV ของตัวอย่างที่ 80 K ถูกวัดด้วยความเข้มของเลเซอร์ที่เลือกไว้ซึ่งส่องสว่างที่ขั้วลบ (รูปที่ 2) โดยไม่มีการฉายแสงเลเซอร์ แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวอย่างจะคงอยู่ที่ศูนย์โดยไม่คำนึงถึงกระแสไฟฟ้า ซึ่งบ่งชี้ถึงสถานะตัวนำยิ่งยวดของตัวอย่างที่ 80 K (รูปที่ 2a) เช่นเดียวกับข้อมูลที่ได้ที่อุณหภูมิ 50 K เส้นโค้ง IV ที่ขนานกับแกน I จะเคลื่อนลงด้านล่างด้วยความเข้มของเลเซอร์ที่เพิ่มขึ้นจนกระทั่งถึงค่าวิกฤต Pc เหนือความเข้มของเลเซอร์วิกฤต (Pc) นี้ ตัวนำยิ่งยวดจะเปลี่ยนจากเฟสตัวนำยิ่งยวดไปเป็นเฟสตัวต้านทาน แรงดันไฟฟ้าจะเริ่มเพิ่มขึ้นตามกระแสไฟฟ้าเนื่องจากความต้านทานในตัวนำยิ่งยวด เป็นผลให้เส้นโค้ง IV เริ่มตัดกับแกน I และแกน V ส่งผลให้เกิด Voc เชิงลบและ Isc เชิงบวกในตอนแรก ขณะนี้ตัวอย่างดูเหมือนจะอยู่ในสถานะพิเศษที่ขั้วของ Voc และ Isc มีความไวต่อความเข้มของแสงอย่างมาก เมื่อความเข้มของแสงเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย Isc จะถูกแปลงจากค่าบวกเป็นค่าลบ และ Voc จากค่าลบเป็นค่าบวก โดยผ่านจุดกำเนิด (ความไวสูงของคุณสมบัติของโฟโตวอลตาอิค โดยเฉพาะค่า Isc ต่อการส่องสว่าง สามารถมองเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นในรูปที่ 2b) ที่ความเข้มของเลเซอร์สูงสุดที่มีอยู่ เส้นโค้ง IV ตั้งใจให้ขนานกัน ซึ่งแสดงถึงสถานะปกติของตัวอย่าง YBCO
จุดศูนย์กลางของเลเซอร์จะวางอยู่รอบ ๆ อิเล็กโทรดแคโทด (ดูรูปที่ 1i) ก. เส้นโค้ง IV ของ YBCO ที่ฉายด้วยความเข้มของเลเซอร์ที่แตกต่างกัน ข. (ด้านบน) ความเข้มของเลเซอร์ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc และกระแสไฟฟ้าลัดวงจร Isc ค่า Isc ไม่สามารถหาได้ที่ความเข้มแสงต่ำ (< 110 mW/cm2) เนื่องจากเส้นโค้ง IV จะขนานกับแกน I เมื่อตัวอย่างอยู่ในสถานะตัวนำยิ่งยวด ข. (ด้านล่าง) ความต้านทานเชิงอนุพันธ์เป็นฟังก์ชันของความเข้มของเลเซอร์
ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มของเลเซอร์ Voc และ Isc ที่อุณหภูมิ 80 K แสดงอยู่ในรูปที่ 2b (ด้านบน) คุณสมบัติของโฟโตวอลตาอิกสามารถอธิบายได้ในสามช่วงของความเข้มแสง ช่วงแรกอยู่ระหว่าง 0 ถึง Pc ซึ่ง YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวด Voc เป็นค่าลบและลดลง (ค่าสัมบูรณ์เพิ่มขึ้น) เมื่อความเข้มแสงลดลงและถึงค่าต่ำสุดที่ Pc ช่วงที่สองอยู่ระหว่าง Pc ถึงความเข้มวิกฤตอีกระดับหนึ่งคือ P0 ซึ่ง Voc เพิ่มขึ้นในขณะที่ Isc ลดลงเมื่อความเข้มแสงเพิ่มขึ้นและทั้งสองระดับจะถึงศูนย์ที่ P0 ช่วงที่สามอยู่เหนือ P0 จนกระทั่งถึงสถานะปกติของ YBCO แม้ว่า Voc และ Isc จะเปลี่ยนแปลงตามความเข้มแสงในลักษณะเดียวกับในช่วงที่ 2 แต่ทั้งสองมีขั้วตรงข้ามเหนือความเข้มวิกฤต P0 ความสำคัญของ P0 อยู่ที่ว่าไม่มีผลจากโฟโตวอลตาอิก และกลไกการแยกประจุจะเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพที่จุดนี้ ตัวอย่าง YBCO กลายเป็นแบบไม่เป็นตัวนำยิ่งยวดในช่วงความเข้มแสงนี้ แต่ยังไม่ถึงสถานะปกติ
เห็นได้ชัดว่าลักษณะเฉพาะของโฟโตวอลตาอิกของระบบนั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสภาพนำยิ่งยวดของ YBCO และการเปลี่ยนผ่านสู่สภาพนำยิ่งยวดของมัน ความต้านทานเชิงอนุพันธ์ dV/dI ของ YBCO แสดงในรูปที่ 2b (ด้านล่าง) โดยเป็นฟังก์ชันของความเข้มของเลเซอร์ ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ศักย์ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในอินเทอร์เฟซอันเนื่องมาจากการแพร่กระจายของคูเปอร์คู่ชี้จากตัวนำยิ่งยวดไปยังโลหะ เช่นเดียวกับที่สังเกตได้ที่อุณหภูมิ 50 K เอฟเฟกต์ของโฟโตวอลตาอิกจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มของเลเซอร์เพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง Pc เมื่อความเข้มของเลเซอร์ถึงค่าที่สูงกว่า Pc เล็กน้อย เส้นโค้ง IV จะเริ่มเอียงและความต้านทานของตัวอย่างจะเริ่มปรากฏขึ้น แต่ขั้วของศักย์อินเทอร์เฟซยังไม่เปลี่ยนแปลง ผลกระทบของการกระตุ้นด้วยแสงต่อสภาพนำยิ่งยวดได้รับการตรวจสอบในบริเวณที่มองเห็นได้หรือใกล้ IR ในขณะที่กระบวนการพื้นฐานคือการทำลายคู่คูเปอร์และทำลายสภาพนำไฟฟ้ายิ่งยวด25,26 ในบางกรณี การเปลี่ยนผ่านของสภาพนำไฟฟ้ายิ่งยวดสามารถเพิ่มขึ้นได้27,28,29 เฟสใหม่ของสภาพนำไฟฟ้ายิ่งยวดสามารถเกิดขึ้นได้30 การไม่มีสภาพนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่ Pc สามารถอธิบายได้จากการทำลายคู่ที่เกิดจากแสง ที่จุด P0 ศักย์ไฟฟ้าข้ามอินเทอร์เฟซจะกลายเป็นศูนย์ ซึ่งบ่งชี้ว่าความหนาแน่นของประจุในทั้งสองด้านของอินเทอร์เฟซจะถึงระดับเดียวกันภายใต้ความเข้มของแสงเฉพาะนี้ การเพิ่มความเข้มของเลเซอร์ต่อไปส่งผลให้คู่คูเปอร์ถูกทำลายมากขึ้น และ YBCO จะค่อยๆ เปลี่ยนกลับเป็นวัสดุประเภท p แทนที่จะเป็นการแพร่กระจายของอิเล็กตรอนและคู่คูเปอร์ คุณสมบัติของอินเทอร์เฟซจะถูกกำหนดโดยการแพร่กระจายของอิเล็กตรอนและโฮล ซึ่งนำไปสู่การกลับขั้วของสนามไฟฟ้าในอินเทอร์เฟซ และเป็นผลให้เกิด Voc ที่เป็นบวก (เปรียบเทียบกับรูปที่ 1d,h) ที่ความเข้มของเลเซอร์สูงมาก ความต้านทานที่แตกต่างกันของ YBCO จะอิ่มตัวจนถึงค่าที่สอดคล้องกับสถานะปกติ และทั้ง Voc และ Isc มีแนวโน้มที่จะแปรผันเชิงเส้นตามความเข้มของเลเซอร์ (รูปที่ 2b) การสังเกตนี้เผยให้เห็นว่าการฉายเลเซอร์บน YBCO สถานะปกติจะไม่เปลี่ยนความต้านทานและคุณสมบัติของอินเทอร์เฟซตัวนำยิ่งยวด-โลหะอีกต่อไป แต่จะเพิ่มความเข้มข้นของคู่อิเล็กตรอน-โฮลเท่านั้น
เพื่อตรวจสอบผลกระทบของอุณหภูมิต่อคุณสมบัติของโฟโตวอลตาอิก ระบบโลหะ-ตัวนำยิ่งยวดได้รับการฉายรังสีที่แคโทดด้วยเลเซอร์สีน้ำเงินที่มีความเข้ม 502 mW/cm2 กราฟ IV ที่ได้ที่อุณหภูมิที่เลือกระหว่าง 50 ถึง 300 K แสดงไว้ในรูปที่ 3a จากนั้นจึงสามารถหาแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc กระแสไฟฟ้าลัดวงจร Isc และความต้านทานเชิงอนุพันธ์จากกราฟ IV เหล่านี้ได้ และแสดงไว้ในรูปที่ 3b หากไม่มีการส่องสว่าง กราฟ IV ทั้งหมดที่วัดได้ที่อุณหภูมิต่างๆ จะผ่านจุดกำเนิดตามที่คาดไว้ (ภาพขยายในรูปที่ 3a) ลักษณะของ IV จะเปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเมื่อระบบได้รับแสงเลเซอร์ที่ค่อนข้างแรง (502 mW/cm2) ที่อุณหภูมิต่ำ กราฟ IV จะเป็นเส้นตรงขนานกับแกน I โดยมีค่า Voc เป็นลบ กราฟนี้จะเคลื่อนขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และค่อยๆ เปลี่ยนเป็นเส้นที่มีความชันไม่เท่ากับศูนย์เมื่ออุณหภูมิวิกฤต Tcp (รูปที่ 3a (ด้านบน)) ดูเหมือนว่าเส้นโค้งลักษณะ IV ทั้งหมดจะหมุนรอบจุดในควอดแรนต์ที่ 3 Voc จะเพิ่มขึ้นจากค่าลบเป็นค่าบวก ในขณะที่ Isc จะลดลงจากค่าบวกเป็นค่าลบ เหนืออุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านตัวนำยิ่งยวด Tc เดิมของ YBCO เส้นโค้ง IV จะเปลี่ยนแปลงค่อนข้างแตกต่างกันตามอุณหภูมิ (ด้านล่างของรูปที่ 3a) ประการแรก ศูนย์กลางการหมุนของเส้นโค้ง IV จะเคลื่อนไปยังควอดแรนต์ที่ 1 ประการที่สอง Voc จะลดลงเรื่อยๆ และ Isc จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (ด้านบนของรูปที่ 3b) ประการที่สาม ความชันของเส้นโค้ง IV จะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามอุณหภูมิ ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิเป็นบวกสำหรับ YBCO (ด้านล่างของรูปที่ 3b)
ความสัมพันธ์ของอุณหภูมิกับคุณลักษณะของโฟโตวอลตาอิคส์สำหรับระบบ YBCO-Ag paste ภายใต้แสงเลเซอร์ 502 mW/cm2
จุดศูนย์กลางของเลเซอร์จะวางอยู่รอบๆ อิเล็กโทรดแคโทด (ดูรูปที่ 1i) ก. กราฟ IV ที่ได้จากอุณหภูมิ 50 ถึง 90 K (ด้านบน) และ 100 ถึง 300 K (ด้านล่าง) โดยอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นทีละ 5 K และ 20 K ตามลำดับ กราฟแทรก ก. แสดงลักษณะเฉพาะของ IV ที่อุณหภูมิต่างๆ ในที่มืด กราฟทั้งหมดจะตัดผ่านจุดกำเนิด ข. แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc และกระแสไฟฟ้าลัดวงจร Isc (ด้านบน) และความต้านทานเชิงอนุพันธ์ dV/dI ของ YBCO (ด้านล่าง) เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ อุณหภูมิทรานสิชั่นตัวนำยิ่งยวดที่มีค่าความต้านทานเป็นศูนย์ Tcp ไม่ได้กำหนดไว้เนื่องจากอยู่ใกล้กับ Tc0 เกินไป
จากรูปที่ 3b สามารถระบุอุณหภูมิวิกฤตได้ 3 ระดับ ได้แก่ Tcp ซึ่ง YBCO จะกลายเป็นสารที่ไม่เป็นตัวนำยิ่งยวด Tc0 ซึ่ง Voc และ Isc จะกลายเป็นศูนย์ และ Tc คืออุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านตัวนำยิ่งยวดเริ่มต้นของ YBCO โดยไม่มีการฉายแสงเลเซอร์ ต่ำกว่า Tcp ~ 55 K YBCO ที่ถูกฉายแสงเลเซอร์จะอยู่ในสถานะตัวนำยิ่งยวดโดยมีคู่ Cooper ที่มีความเข้มข้นค่อนข้างสูง ผลของแสงเลเซอร์คือการลดอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านตัวนำยิ่งยวดที่มีความต้านทานเป็นศูนย์จาก 89 K เป็น ~55 K (ด้านล่างของรูปที่ 3b) โดยการลดความเข้มข้นของคู่ Cooper นอกเหนือจากการผลิตแรงดันและกระแสไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นยังทำลายคู่ Cooper ส่งผลให้ศักย์ไฟฟ้าในอินเทอร์เฟซลดลง ดังนั้น ค่าสัมบูรณ์ของ Voc จะเล็กลง แม้ว่าจะใช้ความเข้มของการส่องสว่างด้วยเลเซอร์เท่าเดิมก็ตาม ศักย์อินเทอร์เฟซจะเล็กลงเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก และจะถึงศูนย์ที่ Tc0 ไม่มีเอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิกที่จุดพิเศษนี้เนื่องจากไม่มีสนามภายในที่จะแยกคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่ถูกเหนี่ยวนำด้วยโฟโตวอลตาอิก การกลับขั้วของศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นเหนืออุณหภูมิวิกฤตนี้เนื่องจากความหนาแน่นของประจุอิสระในเพสต์ Ag มีค่ามากกว่าใน YBCO ซึ่งค่อย ๆ ถ่ายโอนกลับไปยังวัสดุประเภท p ที่นี่เราต้องการเน้นย้ำว่าการกลับขั้วของ Voc และ Isc เกิดขึ้นทันทีหลังจากการเปลี่ยนผ่านตัวนำยิ่งยวดที่มีความต้านทานเป็นศูนย์ โดยไม่คำนึงถึงสาเหตุของการเปลี่ยนผ่าน การสังเกตนี้เผยให้เห็นอย่างชัดเจนเป็นครั้งแรกถึงความสัมพันธ์ระหว่างตัวนำยิ่งยวดและเอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิกที่เกี่ยวข้องกับศักย์อินเทอร์เฟซโลหะ-ตัวนำยิ่งยวด ลักษณะของศักย์ไฟฟ้านี้ในอินเทอร์เฟซโลหะตัวนำยิ่งยวด-ปกติเป็นจุดสนใจของการวิจัยในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา แต่ยังมีคำถามมากมายที่รอคำตอบ การวัดเอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิกอาจพิสูจน์ได้ว่าเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการสำรวจรายละเอียด (เช่น ความแข็งแกร่งและขั้วไฟฟ้า เป็นต้น) ของศักยภาพที่สำคัญนี้ และด้วยเหตุนี้จึงทำให้ทราบถึงเอฟเฟกต์ความใกล้ชิดของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจาก Tc0 เป็น Tc ส่งผลให้ความเข้มข้นของคู่ Cooper ลดลง และศักย์ไฟฟ้าของอินเทอร์เฟซเพิ่มขึ้น และส่งผลให้ Voc สูงขึ้นตามไปด้วย เมื่อถึง Tc ความเข้มข้นของคู่ Cooper จะกลายเป็นศูนย์ และศักย์ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นที่อินเทอร์เฟซจะถึงค่าสูงสุด ส่งผลให้ Voc สูงสุดและ Isc ต่ำสุด การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของ Voc และ Isc (ค่าสัมบูรณ์) ในช่วงอุณหภูมินี้สอดคล้องกับการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดซึ่งขยายจาก ΔT ~ 3 K เป็น ~34 K โดยการฉายแสงเลเซอร์ที่มีความเข้ม 502 mW/cm2 (รูปที่ 3b) ในสถานะปกติเหนือ Tc แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc จะลดลงตามอุณหภูมิ (ด้านบนของรูปที่ 3b) ซึ่งคล้ายกับพฤติกรรมเชิงเส้นของ Voc สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ปกติตามรอยต่อ pn31,32,33 แม้ว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงของ Voc ตามอุณหภูมิ (−dVoc/dT) ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มของเลเซอร์อย่างมากจะน้อยกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของ Voc สำหรับรอยต่อ YBCO-Ag มาก แต่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของ Voc สำหรับรอยต่อ YBCO-Ag มีค่าลำดับความสำคัญเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของเซลล์แสงอาทิตย์ กระแสไฟรั่วของรอยต่อ pn สำหรับอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไปจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ Voc ลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เส้นโค้ง IV เชิงเส้นที่สังเกตได้สำหรับระบบตัวนำยิ่งยวด Ag นี้ เนื่องจากศักย์อินเทอร์เฟซที่เล็กมากเป็นอันดับแรก และการเชื่อมต่อแบบแบ็คทูแบ็คของเฮเทอโรจั๊งก์ชั่นสองอัน ทำให้ยากต่อการกำหนดกระแสไฟรั่ว อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าการพึ่งพาอุณหภูมิเดียวกันของกระแสไฟรั่วจะเป็นสาเหตุของพฤติกรรมของ Voc ที่สังเกตได้ในการทดลองของเรา ตามคำจำกัดความ Isc คือกระแสไฟที่จำเป็นในการสร้างแรงดันไฟฟ้าลบเพื่อชดเชย Voc เพื่อให้แรงดันไฟฟ้ารวมเป็นศูนย์ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น Voc จะเล็กลง จึงต้องใช้กระแสไฟน้อยลงในการสร้างแรงดันไฟฟ้าลบ นอกจากนี้ ความต้านทานของ YBCO จะเพิ่มขึ้นแบบเป็นเส้นตรงตามอุณหภูมิที่สูงกว่า Tc (ด้านล่างของรูปที่ 3b) ซึ่งยังส่งผลให้ค่าสัมบูรณ์ของ Isc มีขนาดเล็กลงที่อุณหภูมิสูงอีกด้วย
โปรดทราบว่าผลลัพธ์ที่แสดงในรูปที่ 2 และ 3 นั้นได้มาจากการฉายเลเซอร์ที่บริเวณรอบๆ อิเล็กโทรดแคโทด นอกจากนี้ ยังทำการวัดซ้ำโดยใช้จุดเลเซอร์ที่ตำแหน่งแอโนด และพบลักษณะ IV และคุณสมบัติของโฟโตวอลตาอิกที่คล้ายกัน ยกเว้นขั้วของ Voc และ Isc ที่กลับกันในกรณีนี้ ข้อมูลทั้งหมดนี้นำไปสู่กลไกของเอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิก ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับอินเทอร์เฟซตัวนำยิ่งยวด-โลหะ
โดยสรุป คุณลักษณะ IV ของระบบสารเคลือบ YBCO-Ag ตัวนำยิ่งยวดที่ฉายรังสีเลเซอร์ได้รับการวัดเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิและความเข้มของเลเซอร์ ผลโฟโตวอลตาอิกที่น่าทึ่งพบได้ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 50 ถึง 300 K พบว่าคุณสมบัติของโฟโตวอลตาอิกมีความสัมพันธ์อย่างมากกับความเป็นตัวนำยิ่งยวดของเซรามิก YBCO การกลับขั้วของ Voc และ Isc เกิดขึ้นทันทีหลังจากการเปลี่ยนจากตัวนำยิ่งยวดที่เหนี่ยวนำด้วยแสงเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด ความสัมพันธ์ของอุณหภูมิของ Voc และ Isc ที่วัดได้ที่ความเข้มของเลเซอร์คงที่ยังแสดงให้เห็นการกลับขั้วที่ชัดเจนที่อุณหภูมิวิกฤตซึ่งสูงกว่านั้น ตัวอย่างจะกลายเป็นตัวต้านทาน เมื่อระบุตำแหน่งเลเซอร์ไปยังส่วนต่างๆ ของตัวอย่าง เราแสดงให้เห็นว่ามีศักย์ไฟฟ้าอยู่ทั่วอินเทอร์เฟซ ซึ่งให้แรงแยกสำหรับคู่อิเล็กตรอน-รูที่เหนี่ยวนำด้วยแสง ศักย์อินเทอร์เฟซนี้ส่งจาก YBCO ไปยังอิเล็กโทรดโลหะเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวด และเปลี่ยนไปในทิศทางตรงข้ามเมื่อตัวอย่างกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด แหล่งกำเนิดของศักยภาพอาจสัมพันธ์กับเอฟเฟกต์ความใกล้ชิดที่อินเทอร์เฟซโลหะ-ตัวนำยิ่งยวดเมื่อ YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวดและคาดว่าจะอยู่ที่ประมาณ 10−8 mV ที่อุณหภูมิ 50 K โดยมีความเข้มของเลเซอร์ 502 mW/cm2 การสัมผัสของวัสดุประเภท p YBCO ในสถานะปกติกับวัสดุประเภท n Ag-paste จะสร้างรอยต่อแบบ quasi-pn ซึ่งเป็นสาเหตุของพฤติกรรมโฟโตวอลตาอิกของเซรามิก YBCO ที่อุณหภูมิสูง การสังเกตข้างต้นทำให้เข้าใจเอฟเฟกต์ PV ในเซรามิก YBCO ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง และปูทางไปสู่การใช้งานใหม่ๆ ในอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องตรวจจับแสงแบบพาสซีฟที่รวดเร็วและเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยว
การทดลองเอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิกได้ดำเนินการกับตัวอย่างเซรามิก YBCO ที่มีความหนา 0.52 มม. และรูปร่างสี่เหลี่ยมขนาด 8.64 × 2.26 มม.2 และส่องสว่างด้วยเลเซอร์สีน้ำเงินแบบคลื่นต่อเนื่อง (λ = 450 นาโนเมตร) โดยมีขนาดจุดเลเซอร์รัศมี 1.25 มม. การใช้ตัวอย่างแบบรวมแทนที่จะเป็นแบบฟิล์มบางทำให้เราสามารถศึกษาคุณสมบัติโฟโตวอลตาอิกของตัวนำยิ่งยวดได้โดยไม่ต้องจัดการกับอิทธิพลที่ซับซ้อนของสารตั้งต้น6,7 นอกจากนี้ วัสดุแบบรวมยังเอื้อต่อขั้นตอนการเตรียมที่ง่ายดายและต้นทุนค่อนข้างต่ำ สายนำทองแดงจะเชื่อมติดกับตัวอย่าง YBCO ด้วยแป้งเงินเพื่อสร้างอิเล็กโทรดวงกลมสี่อันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 มม. ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดแรงดันไฟฟ้าทั้งสองอยู่ที่ประมาณ 5 มม. ลักษณะ IV ของตัวอย่างถูกวัดโดยใช้แมกนีโตมิเตอร์ตัวอย่างการสั่นสะเทือน (VersaLab, Quantum Design) พร้อมหน้าต่างคริสตัลควอตซ์ ใช้หลักการมาตรฐานสี่สายเพื่อให้ได้เส้นโค้ง IV ตำแหน่งสัมพันธ์ของอิเล็กโทรดและจุดเลเซอร์แสดงในรูปที่ 1i
วิธีการอ้างอิงบทความนี้: Yang, F. et al. Origin of photovoltaic effect in superconducting YBa2Cu3O6.96 ceramics. Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015)
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำโดยเลเซอร์ที่ห้ามสมมาตรใน YBa2Cu3O7 Phys. Rev. B 41, 11564–11567 (1990)
Kwok, HS, Zheng, JP และ Dong, SY ต้นกำเนิดของสัญญาณโฟโตวอลตาอิคที่ผิดปกติใน Y-Ba-Cu-O Phys. Rev. B 43, 6270–6272 (1991)
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR และ Wang, GW การวัดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ของ Bi-Sr-Ca-Cu-O ที่เป็นตัวนำยิ่งยวด Phys. Rev. B 46, 5773–5776 (1992)
Tate, KL และคณะ แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ชั่วคราวในฟิล์ม YBa2Cu3O7-x ที่อุณหภูมิห้อง J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990)
Kwok, HS & Zheng, JP การตอบสนองของโฟโตวอลตาอิคที่ผิดปกติใน YBa2Cu3O7 Phys. Rev. B 46, 3692–3695 (1992)
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. การฉีดพาหะหลุมที่สร้างด้วยแสงให้กับ YBa2Cu3O7−x ในโครงสร้างเฮเทอโรออกไซด์ Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004)
Asakura, D. et al. การศึกษาการปล่อยแสงของฟิล์มบาง YBa2Cu3Oy ภายใต้แสงส่องสว่าง Phys. Rev. Lett. 93, 247006 (2004)
Yang, F. et al. ผลของโฟโตโวลตาอิกของ YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction ที่อบภายใต้ความดันย่อยของออกซิเจนที่แตกต่างกัน Mater. Lett. 130, 51–53 (2014)
Aminov, BA et al. โครงสร้างช่องว่างสองช่องในผลึกเดี่ยว Yb(Y)Ba2Cu3O7-x J. Supercond. 7, 361–365 (1994)
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. พลวัตการผ่อนคลายของกึ่งอนุภาคในตัวนำยิ่งยวดที่มีโครงสร้างช่องว่างต่างกัน: ทฤษฎีและการทดลองเกี่ยวกับ YBa2Cu3O7-δ Phys. Rev. B 59, 1497–1506 (1999)
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ และ Shen, BG คุณสมบัติการแก้ไขของเฮเทอโรจันก์ชัน YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005)
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB การดูดกลืนแบบเอกไซโทนิกและการนำยิ่งยวดใน YBa2Cu3O7-δ Phys. Rev. Lett. 59, 919–922 (1987)
Yu, G., Heeger, AJ และ Stucky, G. การนำไฟฟ้าเหนี่ยวนำชั่วคราวในผลึกเดี่ยวกึ่งตัวนำของ YBa2Cu3O6.3: การค้นหาสถานะโลหะเหนี่ยวนำและการนำไฟฟ้ายิ่งยวดเหนี่ยวนำ Solid State Commun. 72, 345–349 (1989)
McMillan, WL แบบจำลองอุโมงค์ของเอฟเฟกต์ความใกล้ชิดของตัวนำยิ่งยวด Phys. Rev. 175, 537–542 (1968)
Guéron, S. et al. ผลการทดสอบความใกล้ชิดของตัวนำยิ่งยวดบนมาตราส่วนความยาวระดับเมโสสโคปิก Phys. Rev. Lett. 77, 3025–3028 (1996)
Annunziata, G. & Manske, D. เอฟเฟกต์ความใกล้ชิดกับตัวนำยิ่งยวดที่ไม่สมมาตรศูนย์กลาง Phys. Rev. B 86, 17514 (2012)
Qu, FM et al. เอฟเฟกต์ความใกล้ชิดของตัวนำยิ่งยวดที่แข็งแกร่งในโครงสร้างไฮบริด Pb-Bi2Te3 Sci. Rep. 2, 339 (2012)
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL เซลล์แสงแบบ pn junction ซิลิกอนชนิดใหม่สำหรับแปลงรังสีดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า J. App. Phys. 25, 676–677 (1954)
Tomimoto, K. ผลของสิ่งเจือปนต่อความยาวของการเชื่อมโยงตัวนำยิ่งยวดในผลึกเดี่ยว YBa2Cu3O6.9 ที่เติมสังกะสีหรือไนโอเบียม Phys. Rev. B 60, 114–117 (1999)
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance of untwinned YBa2Cu3Oy single crystals in a wide range of doping: anomaly-doping hole dependence of the spherical length. Phys. Rev. Lett. 88, 167005 (2002). ความต้านทานแม่เหล็กของผลึกเดี่ยว YBa2Cu3Oy ที่ไม่ได้จับคู่กันในช่วงกว้างของการเจือปนสาร: ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวสอดคล้องกันของการเจือปนสารในรูที่ผิดปกติ Phys. Rev. Lett. 88, 167005 (2002)
Obertelli, SD & Cooper, JR Systematics ในกำลังเทอร์โมอิเล็กทริกของออกไซด์ที่มี T สูง Phys. Rev. B 46, 14928–14931, (1992)
Sugai, S. et al. การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมที่ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของพาหะของจุดสูงสุดที่สอดคล้องกันและโหมดโฟนอน LO ในตัวนำยิ่งยวดที่มี Tc สูงประเภท p Phys. Rev. B 68, 184504 (2003)
Nojima, T. et al. การลดรูและการสะสมอิเล็กตรอนในฟิล์มบาง YBa2Cu3Oy โดยใช้เทคนิคทางไฟฟ้าเคมี: หลักฐานสำหรับสถานะโลหะชนิด n Phys. Rev. B 84, 020502 (2011)
Tung, RT ฟิสิกส์และเคมีของความสูงของกำแพง Schottky Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014)
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN ผลของการทำลายคู่ภายนอกแบบไดนามิกในฟิล์มตัวนำยิ่งยวด Phys. Rev. Lett. 33, 215–219 (1974)
Nieva, G. et al. การเพิ่มค่าการนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่เกิดจากแสง Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992)
Kudinov, VI และคณะ การนำแสงแบบคงอยู่ของฟิล์ม YBa2Cu3O6+x เป็นวิธีการเติมแสงให้กับเฟสโลหะและตัวนำยิ่งยวด Phys. Rev. B 14, 9017–9028 (1993)
Mankowsky, R. et al. พลวัตของโครงตาข่ายแบบไม่เชิงเส้นเป็นพื้นฐานสำหรับการปรับปรุงการนำไฟฟ้ายิ่งยวดใน YBa2Cu3O6.5 Nature 516, 71–74 (2014)
Fausti, D. et al. การนำยิ่งยวดที่เหนี่ยวนำด้วยแสงในคิวเพรตแบบเรียงแถบ Science 331, 189–191 (2011)
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและฟังก์ชันของ VOC สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ที่สัมพันธ์กับประสิทธิภาพ แนวทางใหม่ การแยกเกลือออกจากน้ำ 209, 91–96 (2007)
Vernon, SM & Anderson, WA ผลกระทบของอุณหภูมิในเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบ Schottky-barrier Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975)
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM ความสัมพันธ์ของอุณหภูมิสำหรับพารามิเตอร์อุปกรณ์โฟโตวอลตาอิคของเซลล์แสงอาทิตย์โพลีเมอร์-ฟูลเลอรีนภายใต้สภาวะการทำงาน J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002)
งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติจีน (ทุนเลขที่ 60571063) และโครงการวิจัยพื้นฐานของมณฑลเหอหนาน ประเทศจีน (ทุนเลขที่ 122300410231)
FY เขียนเนื้อหาของเอกสารและ MYH เตรียมตัวอย่างเซรามิก YBCO FY และ MYH ดำเนินการทดลองและวิเคราะห์ผลลัพธ์ FGC เป็นผู้นำโครงการและการตีความข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ ผู้เขียนทั้งหมดตรวจสอบต้นฉบับ
งานนี้ได้รับอนุญาตภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์แสดงที่มา 4.0 ระดับสากล รูปภาพหรือสื่อของบุคคลที่สามอื่นๆ ในบทความนี้รวมอยู่ในใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ของบทความ เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่นในบรรทัดเครดิต หากสื่อไม่ได้รวมอยู่ในใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ ผู้ใช้จะต้องได้รับอนุญาตจากผู้ถือใบอนุญาตจึงจะทำซ้ำสื่อดังกล่าวได้ หากต้องการดูสำเนาใบอนุญาตนี้ โปรดไปที่ http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
หยาง, เอฟ., ฮัน, เอ็ม. และชาง, เอฟ. ต้นกำเนิดของปรากฏการณ์โฟโตวอลตาอิกในเซรามิก YBa2Cu3O6.96 ตัวนำยิ่งยวด Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
เมื่อคุณแสดงความคิดเห็น แสดงว่าคุณตกลงที่จะปฏิบัติตามข้อกำหนดและหลักเกณฑ์ชุมชนของเรา หากคุณพบเนื้อหาที่ไม่เหมาะสมหรือไม่เป็นไปตามข้อกำหนดหรือหลักเกณฑ์ของเรา โปรดทำเครื่องหมายว่าไม่เหมาะสม
เวลาโพสต์ : 22 เม.ย. 2563