背景技術(shù)及優(yōu)勢(shì)

表面光電壓是固體表面的光生伏應(yīng)，是光致電子躍遷的結(jié)果。

1876年，W.GAdam就發(fā)現(xiàn)了這一光致電子躍遷現(xiàn)象;

1948年才將這一光生伏應(yīng)作為光譜檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體材料的特征參數(shù)和表面特性研究上，這種光譜技術(shù)稱為表面電壓技術(shù)（Surface Photovoltaic Technique，簡(jiǎn)稱SPV）或表面光電壓譜（Surface Photovoltaic Spectroscopy，簡(jiǎn)稱SPS）。表面光電壓技術(shù)是一種研究半導(dǎo)體特征參數(shù)的途徑，這種方法是通過(guò)對(duì)材料光致表面電壓的改變進(jìn)行分析來(lái)獲得相關(guān)信息的。

1970年，表面光伏研究獲得重大突破，美國(guó)麻省理工學(xué)院Gates教授的研究小組在用低于禁帶寬度能量的光照射CdS表面時(shí)，歷史性的次獲得入射光波長(zhǎng)與表面光電壓的譜圖，以此來(lái)確定表面態(tài)的能級(jí)，從而形成了表面光電壓這一新的研究測(cè)試手段。

SPV技術(shù)是的固體表面性質(zhì)研究的方法之一，其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、再現(xiàn)性好、不污染樣品，不破壞樣品形貌，因而被廣泛應(yīng)用于解析光電材料光生電荷行為的研究中。

SPV技術(shù)所檢測(cè)的信息主要是樣品表層（一般為幾十納米）的性質(zhì)，因此不受基底或本體的影響，這對(duì)光敏表面的性質(zhì)及界面電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的研究顯然很重要。由于表面電壓技術(shù)的原理是基于檢測(cè)由入射光誘導(dǎo)的表面電荷的變化，其檢測(cè)靈敏度很高，而借助場(chǎng)誘導(dǎo)表面光電壓譜技術(shù)可以用來(lái)測(cè)定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型（特別是有機(jī)半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型）、半導(dǎo)體表面參數(shù)，研究納米晶體材料的光電特性，了解半導(dǎo)體光激發(fā)電荷分離和電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的譜帶解釋，并為研究符合體系的光敏過(guò)程和光致界面電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程提供可行性方法。

瞬態(tài)吸收光譜研究光生載流子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，半導(dǎo)體受激光激發(fā)后產(chǎn)生載流子，在其衰減過(guò)程中可發(fā)生一系列的變化和反應(yīng).時(shí)間分辨紫外可見(jiàn)吸收光譜可監(jiān)測(cè)其隨時(shí)間變化。首先應(yīng)需確定載流子的檢測(cè)波長(zhǎng)，光生電子和空穴的特征吸收波長(zhǎng)可調(diào)控電極一種載流子濃度而測(cè)量另一種載流子的瞬態(tài)光吸收與波長(zhǎng)的關(guān)系。

瞬態(tài)表面光電壓譜的應(yīng)用

瞬態(tài)光電壓主要應(yīng)用于半導(dǎo)體材料或者器件的TPV測(cè)試和機(jī)理分析，光催化材料TiO2、C3N4、CdS、磷化物等、催化材料、分子篩、太陽(yáng)能電池（單晶、多晶、染料敏化、鈣鈦礦）、光電化學(xué)的TPV、電化學(xué)材料的TPV等。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：采用白光偏置光路激發(fā)材料；大功率脈沖激光器；采用專有技術(shù)的電磁屏蔽，無(wú)任何外界干擾；測(cè)試光路，水平與垂直可任意在線切換，實(shí)現(xiàn)固體樣品和液體樣品均可測(cè)試分析。

光生載流子動(dòng)力學(xué)主要測(cè)試技術(shù)，載流子動(dòng)力學(xué)測(cè)試技術(shù)主要有電學(xué)和譜學(xué)兩類.電學(xué)方法主要是光電化學(xué)，測(cè)量方式又分時(shí)間域和頻率域.時(shí)間域方法主要有瞬態(tài)光電壓（TPV）和瞬態(tài)光電流（TPC）,頻率域方法主要有電化學(xué)阻抗譜（EIS）和光強(qiáng)度調(diào)制光電壓譜（IPVS）和光強(qiáng)度調(diào)制光電流譜（IMPS）等.譜學(xué)方法主要是瞬態(tài)吸收光譜和瞬態(tài)熒光光譜。這里主要介紹時(shí)間域的光電化學(xué)測(cè)量方法（以TPV為例）。瞬態(tài)吸收光譜是研究半導(dǎo)體光生載流子動(dòng)力學(xué)過(guò)程和反應(yīng)歷程的強(qiáng)有力手段之一,它可以獲得半導(dǎo)體體內(nèi)光生載流子產(chǎn)生、俘獲、復(fù)合、分離過(guò)程的重要微觀信息。

半導(dǎo)體激光器從某一穩(wěn)定工作狀態(tài)過(guò)渡到另一穩(wěn)定工作狀態(tài)的過(guò)程中所出現(xiàn)的瞬態(tài)現(xiàn)象，或?qū)﹄A躍電流的響應(yīng)。主要有激射延遲、張弛振蕩和自脈動(dòng)。這些現(xiàn)象限制著半導(dǎo)體激光器振幅調(diào)制或頻率調(diào)制的性能，特別是調(diào)制速率。

瞬態(tài)光電壓譜(Transient photovoltage spectrum)給出了不同樣品光生電荷分離的動(dòng)力學(xué)信息, 正向光伏信號(hào)代表光生電子由表面向內(nèi)部轉(zhuǎn)移。 通常半導(dǎo)體材料的瞬態(tài)光伏分為漂移和擴(kuò)散過(guò)程，分別對(duì)應(yīng)短時(shí)間范圍和長(zhǎng)時(shí)間范圍的光伏信號(hào)。

瞬態(tài)表面光電壓工作原理

瞬態(tài)表面光電壓實(shí)驗(yàn)光源為激光器, 脈沖納秒激光經(jīng)棱鏡分光后被分別射入光電倍增管和樣品池中，激光強(qiáng)度通過(guò)漸變圓形中性濾光片進(jìn)行調(diào)節(jié). 光電倍增管記錄參比信號(hào), 樣品信號(hào)經(jīng)放大器的數(shù)字示波器進(jìn)行記錄。 樣品池由具有良好屏蔽電磁噪音的材料制成。樣品池內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上至下分別為: 鉑網(wǎng)電極, 云母片, 被測(cè)樣品, FTO電極。

瞬態(tài)光電壓研究光生電子的傳輸行為，其光電壓響應(yīng)包括上升和衰退兩部分，光電壓上升部分在物理上對(duì)應(yīng)于TiO電極導(dǎo)電基底電子濃度增加（類似于電容充電過(guò)程），此過(guò)程由光生電子擴(kuò)散到達(dá)基底引起，光電壓下降部分主要對(duì)應(yīng)于電子離開(kāi)導(dǎo)電基底的復(fù)合過(guò)程（類似于電容放電過(guò)程）。瞬態(tài)表面光電壓譜光生載流子動(dòng)力學(xué)；瞬態(tài)光電壓研究光生電子的傳輸行為。

技術(shù)參數(shù):

太陽(yáng)能電池光電壓譜