背景技術(shù)及優(yōu)勢
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，簡稱SPV）或表面光電壓譜（Surface Photovoltaic Spectroscopy，簡稱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，這種方法是通過對材料光致表面電壓的改變進(jìn)行分析來獲得相關(guān)信息的。
1970年，表面光伏研究獲得重大突破，美國麻省理工學(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，歷史性的次獲得入射光波長與表面光電壓的譜圖，以此來確定表面態(tài)的能級，從而形成了表面光電壓這一新的研究測試手段。
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，這對光敏表面的性質(zhì)及界面電子轉(zhuǎn)移過程的研究顯然很重要。由于表面電壓技術(shù)的原理是基于檢測由入射光誘導(dǎo)的表面電荷的變化，其檢測靈敏度很高，而借助場誘導(dǎo)表面光電壓譜技術(shù)可以用來測定半導(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程和光致界面電荷轉(zhuǎn)移過程提供可行性方法。
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，在其衰減過程中可發(fā)生一系列的變化和反應(yīng).時間分辨紫外可見吸收光譜可監(jiān)測其隨時間變化。首先應(yīng)需確定載流子的檢測波長，光生電子和空穴的特征吸收波長可調(diào)控電極一種載流子濃度而測量另一種載流子的瞬態(tài)光吸收與波長的關(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：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，無任何外界干擾；測試光路，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試分析。
光生載流子動力學(xué)主要測試技術(shù)，載流子動力學(xué)測試技術(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)，測量方式又分時間域和頻率域.時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。這里主要介紹時間域的光電化學(xué)測量方法（以TPV為例）。瞬態(tài)吸收光譜是研究半導(dǎo)體光生載流子動力學(xué)過程和反應(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)過渡到另一穩(wěn)定工作狀態(tài)的過程中所出現(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。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力學(xué)信息, 正向光伏信號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)散過程，分別對應(yīng)短時間范圍和長時間范圍的光伏信號。
瞬態(tài)表面光電壓工作原理
瞬態(tài)表面光電壓實(shí)驗光源為激光器, 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, 樣品信號經(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（類似于電容充電過程），此過程由光生電子擴(kuò)散到達(dá)基底引起，光電壓下降部分主要對應(yīng)于電子離開導(dǎo)電基底的復(fù)合過程（類似于電容放電過程）。瞬態(tài)表面光電壓譜光生載流子動力學(xué)；瞬態(tài)光電壓研究光生電子的傳輸行為。
技術(shù)參數(shù):
項目 | 參數(shù) |
激光器 | Nd:YAG脈沖納秒激光器（整機(jī)） |
激光器參數(shù) | 波長1064nm@320mJ；532nm@180mJ；355nm@60mJ；266nm@40mJ；脈沖寬度 (1064 nm) 10 - 14 ns；控溫精度0.05℃；內(nèi)部預(yù)熱器，可快速預(yù)熱 |
OPO激光器(選配) | 波長范圍：210-2200nm連續(xù)可調(diào)，計算機(jī)控制波長調(diào)節(jié)，峰值能量輸出>20mJ，重復(fù)頻率20HZ |
系統(tǒng)時間分辨率 | 5ns |
探測靈敏度 | 0.1mOD |
數(shù)據(jù)采集 | 12bit/16bit高分辨率數(shù)字示波器 |
光路 | 采用全封閉結(jié)構(gòu)設(shè)計，無任何外部環(huán)境干擾 |
樣品室 | 激光耦合裝置；激光光斑聚焦調(diào)整；水平及垂直光路切換；可調(diào)光闌；匹配固體粉末及液體樣品池的光路結(jié)構(gòu) 標(biāo)配三明治結(jié)構(gòu)樣品池，可根據(jù)要求定制樣品空間，允許進(jìn)行更多實(shí)驗環(huán)境的光路定制，如支持低溫樣品環(huán)境、顯微鏡微區(qū)光譜、強(qiáng)磁場環(huán)境等。 |
光功率計 | 測試波長范圍190-11000nm，功率范圍0-2000mw; 配合軟件實(shí)時數(shù)據(jù)采集，軟件還內(nèi)置了量子效率計算功能 |
軟件 | 軟件集成控制脈沖激光器、OPO激光器、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)放大、數(shù)據(jù)分析、全自動處理、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。 支持單次采集，多次積分平均，本底扣除等； 2D瞬態(tài)光電壓譜，壽命曲線擬合； 支持3D變波長瞬態(tài)光電壓譜顯示。 |
太陽能電池光電壓譜
