表面光伏谱 Surface Photovoltage Sectroscopy

1. 表面光伏谱Surface Photovoltage Sectroscopy 王翔 2013.07.17

2. 表面光电压谱仪结构图 锁相放大器 光源控制器 聚焦镜 N2瓶 白光 单色光 样品池 计算机 斩波器 单色仪 光源 冷凝水 样品

3. 样品制备 接红色信号线 即： 高频插座电芯 hv FTO 绝缘层 可用云母片，越薄越好 样品 FTO 接蓝色信号线 即： 高频插座外壳 注意：测量到的电压为感应电压，而非直接的半导体材料表面与体相的电势差。

4. 表面光电压谱仪操作步骤 1.开机 打开单色仪 开计算机 打开锁相放大器 打开斩波器 2.开灯 开冷凝水，使温度保持在18度 打开N2气，使压强在0.1MPa 开灯 3.准备样品 将样品按照上图制备后，将样品池置于聚焦光下，将信号线连接锁相放大器A通道。 4.数据采集 打开软件ZolixScanBasic 在A通道和B通道选择需要测定的物理量 设置 选项 运行参数 修改“开始位置”和“结束位置” 按F5进行数据采集 插入 设置 保存 5.数据保存 右侧“谱线图控制” 选择要保存的谱线 光标移至谱线处 右击选择“当前谱线到Text文本” 6.关机 斩波器 锁相放大器 单色仪 ZolixScanBasic软件 开计算机

5. 表面光伏谱的产生原理 体相 表面 N型半导体存在表面向上的能带弯曲

6. 光照前后，势垒的变化量，即为SPV信号 当半导体受到光照时，由于光生电子与空穴的迁移方向不同，产生光生电场，导致空间电荷层变薄，也就是内建电场减弱，随之带来势垒的降低

7. 产生表面光伏的其他情况 势垒降低 势垒增加 激发光能量小于禁带宽度，但是满足已被电子占据表面态到导带，或价带到空的表面态电子跃迁的能量，同样可以造成势垒在光照前后的变化

8. 电场诱导表面光电压谱(EFISPS) electric-field induced surface photovoltage spectroscopy   V’’s为电场作用下 光照时的势垒 V’s为光照下的势垒 Vos为暗态下的势垒 外加电场与内建电场相反，SPV信号减弱

9. 外加电场与内建电场相同，SPV信号增强

10. SPS在光催化中的应用 禁带宽度的确定 粒子大小的比较 200 nm 25 nm 18 nm 12 nm

11. 表面物种的作用 Overall Photocatalytic Water Splitting with NiOx-SrTiO3 – A Revised Mechanism Energy and Environmental Science 开尔文探针测试系统 NiO为氧化助剂，Ni为还原助剂

12. 例如：助剂担载量的多少 会影响助剂在半导体材料 上的分布，以及粒子大小。 从而影响电荷的运动和分布 表面物种的作用效果 例如：助催化剂的效果评价 ZnO 0.5 wt% Ag/ZnO 0.75 wt% Ag/ZnO 0.75 wt% Ag/ZnO光电压信号最小说明到达表面的电子较多。 0.75 wt% Pd/ZnO 0.5 wt% Pd/ZnO 0.75 wt% Pb已经过量

13. TPV在光催化中的应用 电子空穴的转移 电子由体相的Fe3O4 转移到Fe2O3 Xiao Wei, Dejun Wang, et al., J. Phys. Chem. C 2011, 115, 8637–8642

14. 总结 • SPS实验简单，可以灵敏的反应表面电荷的迁移情况，如果实验设计巧妙，可用于以下几个方面的研究： • 能带宽度 • 粒子大小的比较 • 光催化剂响应的波长区域 • 表面物种的作用的判断 • 表面物种担载量对其光催化效果的判断 • 电子空穴的转移情况