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(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(jí)，從而形成了表面光電壓這一新的研究測試手段。

SPV技術(shù)是十分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。

由于SPV技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，SPV技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是今年來隨著激光光源的應(yīng)用、微弱信號(hào)檢測水平的提高和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，SPV技術(shù)應(yīng)用的范圍得到了很大的擴(kuò)展。

主要應(yīng)用

半導(dǎo)體材料的光生電壓性能的測試分析、可開展光催化等方面的機(jī)理研究，應(yīng)用于太陽能電池、光解水制氫等方面的研究，可用于研究光生電荷的性質(zhì)，如：光生電荷擴(kuò)散方向；解析光生電荷屬性等。主要代表材料有TiO2、ZnO、CdS、GaAs、CdTe、CdSe等。

表面光電壓譜的技術(shù)參數(shù):
1)光電壓譜測量：最小電壓>10nV；功能材料的光電性質(zhì)，可開展光催化等方面的機(jī)理研究；
2)光電流譜測量：最小電流>10 pA；研究功能材料光電流性質(zhì)，可應(yīng)用于太陽能電池、光解水制氫等方面的研究；
3)光伏相位譜分析：相檢測范圍：-180°至+180°；可用于研究光生電荷的性質(zhì)，如：光生電荷擴(kuò)散方向；解析光生電荷屬性等；
4)表面光電壓、光電流、相位譜分析的光譜波長范圍：200-1600nm，可以全光譜連續(xù)掃描，光譜分辨率0.1nm，波長準(zhǔn)確度±0.1nm；
5)可以實(shí)現(xiàn)任意定波長下，不同強(qiáng)度光照下的表面光電壓、光電流、相位譜分析，實(shí)現(xiàn)光譜分析的多元化；
6)光路設(shè)計(jì)一體化、所有光路均在暗室中或封閉光路中進(jìn)行，無外界雜光干擾；
7)光源配置：氙燈光源（200/300-1100nm）；鹵素?zé)艄庠矗?00-1600nm）；氘燈光源（190-400nm）；
8)氙燈光源500W，點(diǎn)光源（2-6mm），可以實(shí)現(xiàn)變焦，實(shí)現(xiàn)軟件反控調(diào)節(jié)光的輸入功率，可以實(shí)現(xiàn)250W-500W連續(xù)可調(diào)，USB接口控制，完成5）的測試分析；
9)單色儀：出入口可平行或垂直，焦距300mm，相對孔徑：F/4.8，光學(xué)結(jié)構(gòu)：非對稱水平Czerny-Tuner光路，光柵面積55*55mm，最小步距0.0023nm，光譜范圍200-1600nm；
10)配置全自動(dòng)6檔濾光片輪，消除各種雜散光尤其>600nm,標(biāo)配濾光片3片，范圍185-1600nm；
11)鎖相放大器（斯坦福）：
a.mHz-102.4kHz頻率范圍；
b.大于100dB動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)；
c.5ppm/oC的穩(wěn)定性；
d.0.01度相位分辨率；
e.時(shí)間常數(shù)10us-30ks；
f.同步參考源信號(hào)；
g.GPIB及RS232接口；
h.9轉(zhuǎn)25串口線；
i.USB轉(zhuǎn)232串口線
12)斬波器（斯坦福）:
a.具有電壓控制輸入，四位數(shù)字頻率顯示，十段頻率控制，和兩種可選工作模式的參考輸出；
b.4Hz—3.7kHz斬波頻率；
c.單光束和雙光束調(diào)制；
d.低相位抖動(dòng)頻和差頻參考信號(hào)輸出；
e.USB轉(zhuǎn)232串口線；
13)專用控制軟件，數(shù)據(jù)記載，數(shù)據(jù)保存，應(yīng)用于表面光電壓譜的數(shù)據(jù)反饋，可以反控單色儀、鎖相放大器（SR810、SR830、7265、7225）、斬波器、光源，根據(jù)需求自行修改參數(shù)，可根據(jù)需求進(jìn)行源數(shù)據(jù)導(dǎo)出；
14)主要配件：

a.光學(xué)導(dǎo)軌及滑塊；
b.封閉的光學(xué)光路系統(tǒng)；
c.標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)暗室；
d.光電壓及光電流池；
e.外電場調(diào)系統(tǒng)；
f.電流-電壓轉(zhuǎn)換器；
g.計(jì)算機(jī)（選配）；
h.光學(xué)平臺(tái)（選配）。

表面光電壓譜的測量方法示意圖

（1.氙燈光源；2.單色儀；3.斬波器（斯坦福）；4.匯聚透鏡；5.反射鏡；6頻率調(diào)制光；7鎖相放大器（斯坦福）；8計(jì)算機(jī)含控制軟件）

SPV表面光電壓譜 樣品池結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)分析

SPC表面光電流譜 樣品池結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)分析

Scheme of thesurface photovoltage (SPV) setup applied for the measurements on multilayered sample of CdTe and CdSe NCs. Excitons are created upon light excitation, which diffuse through the structure and may reach andbecome separated at the type II CdTe/CdSe interface. The random diffusionof separated charges creates an electric field measured as the SPV signal U by two transparent outer FTO electrodes in a capacitor arrangement.