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背景技術(shù)及優(yōu)勢

表面光電壓是固體表面的光生伏特效應(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年才將這一光生伏特效應(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(shí)，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*靈敏的固體表面性質(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(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)間分辨紫外可見吸收光譜可監(jiān)測其隨時(shí)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。

l 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,；大功率原裝進(jìn)口脈沖激光器；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(dòng)力學(xué)主要測試技術(shù),，載流子動(dòng)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(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(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(shí)間范圍和長時(shí)間范圍的光伏信號,。

l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(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)

太陽能電池光電壓譜