[发明专利]一种调制光与非调制光相结合的表面光电压测量方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源开发技术领域，具体涉及一种调制光与非调制光相结合的新型光电功能材料表面光电压的测量方法，通过测量表面光电压可以来表征材料光生电荷传输特性。

背景技术

新型光电功能材料的研究与制备对解决能源与环境问题起到至关重要的作用，而对材料的光电性能的检测在新型光电材料的研究与发展中起到至关重要的作用。表面光电压谱是一种非常有前景的光电性能检测手段，具有灵敏度高、操作简单、无损样品等特点，因而被广泛应用于解析光电材料光生电荷行为的研究中(参见Surface photovoltage phenomena:theory,experiment,and applications，Surface Science Reports.1999，37，1-206)。

表面光电压谱可以用来研究光生电荷在半导体光电功能材料的表面效应与界面效应影响下的光生电荷行为。2004年，Lin Yanhong等人用表面光电压谱证明了量子点ZnO半导体光电材料量子限域效应的存在(参见A Study of Quantum Confinement Properties of Photogenerated Charges in ZnO Nanoparticles by Surface Photovoltage Spectroscopy，The Journal of Physical Chemistry B.2004,108,3202-3206)。2010年，Dieter Gross等人用表面光电压谱成功的证明了Type II型半导体异质结构的光生电荷传输方向(参见Charge Separation in Type II Tunneling Multilayered Structures of CdTe and CdSe Nanocrystals Directly Proven by Surface Photovoltage Spectroscopy，Journal of the American Chemical Society.2010,132,5981–5983)。

然而，仍然有许多光电现象无法通过已报导过的表面光电压检测手段来证明。

发明内容

本发明提供了一种调制光与非调制光相结合的表面光电压测量方法，通过对表面光电压的测量可以得到更加丰富的半导体光电材料的表面与界面信息。

常规表面光电压测量方法如图1所示。本发明所述的一种调制光与非调制光相结合的双光体系表面光电压测量方法如图2所示，其具体步骤如下：

(1)将待测样品置于ITO导电玻璃底电极上，用10～40μm厚的云母片覆盖待测样品，再在云母片上覆盖上电极；在光电压样品池内，ITO导电玻璃底电极通过样品池导线连出接地，上电极通过样品池导线连出接锁相放大器的信号输入端，锁相放大器的信号输出端连接计算机；

(2)打开光源，使调制光与非调制光同时照射到待测样品上(常规表面光电压测量中不使用非调制光照射)，待测样品由于光照之后光生电荷在表面或界面电场的作用下产生定向移动，从而在上下电极间产生电势差，即为光电压信号(具体原理参见Surface photovoltage phenomena:theory,experiment,and applications，Surface Science Reports.1999，37，1-206)；待测样品底电极和上电极间产生的光电压信号经锁相放大器放大后，输入计算机，由计算机记录待测样品的光电压信号强度值，进而实现对待测样品表面光电压的测量。

其中，激光器或LED发出的波长300～1000nm、光强0.1mW/cm²～100mW/cm²的单色光作为非调制光；氙灯通过单色仪后分散出来的波长1000～200nm(扫描过程应由长波向短波方向扫描，对应由低光子能量向高光子能量方向扫描)的单色光再通过斩波器后获得的频率为10～2000Hz的光作为调制光；其中，具体测量时非调制光的波长和调制光的具体扫描范围(固定波长，变化频率；或固定频率，变化波长)根据待量样品的带隙确定，光子能量必须可以激发半导体产生光生电子空穴对。

其中，待测样品可以是有机、无机半导体以及有机/无机复合半导体光电材料(有机半导体如杂多酸、卟啉、酞菁、苝类等；无机半导体如二氧化钛、氧化锌、硫化镉、钛酸锶、三氧化二铁等；有机无机复合半导体如二氧化钛硫化镉复合材料，二氧化钛卟啉复合材料)，可以是粉末、单晶或薄膜；上电极是ITO或Pt金属网。