表面光電壓譜第1頁(yè)/共73頁(yè)03:082一．表面光伏原理

二．表面光伏技術(shù)分類(lèi)

三．表面光伏測(cè)量的應(yīng)用

半導(dǎo)體材料導(dǎo)電類(lèi)型的確定

少數(shù)載流子擴(kuò)散距離的測(cè)定

表面態(tài)參數(shù)的測(cè)定

納米尺度表面光伏特性研究

表面光伏氣敏特性研究

譜帶認(rèn)證第2頁(yè)/共73頁(yè)03:083

40－50年代，Brattain和Bardeen諾貝爾講演揭開(kāi)了表面光伏研究的序幕

60年代，Johnson和

Goodman等人利用SPV方法測(cè)量了少數(shù)載流子的壽命，并發(fā)展了少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度的理論模型，奠定了硅太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)。

70年代，Gatos等人系統(tǒng)地進(jìn)行了亞帶表面光伏的研究，對(duì)半導(dǎo)體的表面態(tài)進(jìn)行了研究。

90年代，SPV相關(guān)技術(shù)發(fā)展的最活躍，Lagowski等人用SPV掃描Si片表面，結(jié)合掃描探針技術(shù)的尖得到SPV測(cè)量，較大的改善了分辨率。第3頁(yè)/共73頁(yè)03:084SurfacePhotovoltagephenomena:Theory,experimentandapplicationL.Kronik,YShapiraSurfaceScienceReports254(1999)1-205

第4頁(yè)/共73頁(yè)03:085SPV檢測(cè)原理

1.帶－帶躍遷情況

2.亞帶隙躍遷情況第5頁(yè)/共73頁(yè)03:086SPV檢測(cè)原理

1.帶－帶躍遷情況

2.亞帶隙躍遷情況第6頁(yè)/共73頁(yè)03:087圖1.具有Schottky勢(shì)壘的帶彎，p－型(上圖)和n－型(下圖)半導(dǎo)體與金屬形成的勢(shì)壘接觸。固/固液/固氣/固第7頁(yè)/共73頁(yè)03:088圖2.n－型(左圖)和p－型(右圖)半導(dǎo)體材料在光誘導(dǎo)下，表面勢(shì)壘高度(Vs)的變化過(guò)程。第8頁(yè)/共73頁(yè)03:089圖3.雙面接觸的n型半導(dǎo)體，一側(cè)保持暗態(tài)，另一側(cè)受光照射，兩側(cè)表面勢(shì)壘高度(Vs)的變化。h暗態(tài)第9頁(yè)/共73頁(yè)03:0810SPV檢測(cè)原理

1.帶－帶躍遷情況

2.亞帶隙躍遷情況第10頁(yè)/共73頁(yè)03:0811亞帶隙躍遷的光伏響應(yīng)第11頁(yè)/共73頁(yè)03:0812體相雜子能級(jí)相關(guān)的光伏響應(yīng)第12頁(yè)/共73頁(yè)03:0813

表面光伏檢測(cè)方法表面光電壓譜(SPS)瞬態(tài)表面光伏檢測(cè)表面光電微納尺度掃描穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)表面光伏技術(shù)分類(lèi)二．表面光伏技術(shù)分類(lèi)第13頁(yè)/共73頁(yè)03:0814穩(wěn)態(tài)表面光電壓譜Schematicrepresentationoftheexperimentalset-upforsurfacephotovoltagespectroscopy第14頁(yè)/共73頁(yè)03:0815表面光電壓譜儀浙江大學(xué)科學(xué)院北京化學(xué)所燕山大學(xué)(2)黑龍江大學(xué)(2)遼寧師范大學(xué)(2)河南大學(xué)西南交大上海交大東北師范大學(xué)（2）哈爾濱工業(yè)大學(xué)（2）四川理工學(xué)院第15頁(yè)/共73頁(yè)03:0816

表面光伏檢測(cè)方法表面光電壓譜(SPS)瞬態(tài)表面光伏檢測(cè)表面光電微區(qū)掃描穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)表面光伏技術(shù)分類(lèi)第16頁(yè)/共73頁(yè)03:0817Kelvin探針表面光伏技術(shù)（動(dòng)態(tài)）第17頁(yè)/共73頁(yè)03:0818能夠給出接觸勢(shì)壘高度的改變量（表面功函改變）得到表面光電壓譜第18頁(yè)/共73頁(yè)03:0819dcSPVspectrumofZnOarraywithilluminationontopfrom600nmto300nm.Inset:SchematicsetupofKelvinProbedbasedSPVmeasurement.

380nm:weakchangeofDCPD第19頁(yè)/共73頁(yè)03:0820

表面光伏檢測(cè)方法表面光電壓譜(SPS)瞬態(tài)表面光伏檢測(cè)表面光電微區(qū)掃描穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)表面光伏技術(shù)分類(lèi)第20頁(yè)/共73頁(yè)03:0821瞬態(tài)表面光伏測(cè)量第21頁(yè)/共73頁(yè)03:0822瞬態(tài)PV的測(cè)試不同導(dǎo)電類(lèi)型對(duì)測(cè)試的影響p-typen-typeFrom:J.Appl.Phys.91,9432(2002)第22頁(yè)/共73頁(yè)03:0823Figure2.thetransientphotovoltageoftheheterostructureilluminatedfromthefrontside(theinsetoffig.2)withtheilluminationIntensityof7mJ.Frontillumination第23頁(yè)/共73頁(yè)03:0824Fig.3thetransientphotovoltageoftheheterostructureathigherilluminationintensityof18mJand50mJ.

第24頁(yè)/共73頁(yè)03:0825

表面光伏檢測(cè)方法表面光電壓譜(SPS)瞬態(tài)表面光伏檢測(cè)表面光電微納尺度掃描穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)表面光伏技術(shù)分類(lèi)第25頁(yè)/共73頁(yè)03:0826微納區(qū)域表面光電特性研究(遠(yuǎn)場(chǎng)掃描)KFM模式第26頁(yè)/共73頁(yè)03:0827n–型半導(dǎo)體n–Si;n-TiO2p–型偶氮類(lèi)化合物第27頁(yè)/共73頁(yè)03:0828TheSPSandFISPSofazopigmentsAandC(1)利用場(chǎng)效應(yīng)原理判別導(dǎo)電類(lèi)型CACA第28頁(yè)/共73頁(yè)03:0829(n-Si/TiO2)/B(n-Si/TiO2)/Be-e-第29頁(yè)/共73頁(yè)03:0830第30頁(yè)/共73頁(yè)03:0831(n-Si/TiO2)/B’(n-Si/TiO2)/B’e-e-光致電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程第31頁(yè)/共73頁(yè)03:0832(a)(b)thesurfacepotentialimageofn-Si/TiO2/B'underillumination,(a)twodimensionand(b)threedimension(n-Si/TiO2)/(B)eh第32頁(yè)/共73頁(yè)03:0833表面光電微區(qū)掃描近場(chǎng)掃描第33頁(yè)/共73頁(yè)03:0834對(duì)于穩(wěn)態(tài)表面光伏的影響因素

1．樣品吸收特性(消光系數(shù)、躍遷屬性等)2．樣品內(nèi)阻

3．樣品粒徑

4．調(diào)制頻率

5．環(huán)境因素

6．外場(chǎng)

7．電極

8．相位第34頁(yè)/共73頁(yè)03:0835

樣品內(nèi)阻對(duì)表面光伏的影響第35頁(yè)/共73頁(yè)03:0836

樣品粒徑對(duì)表面光伏的影響第36頁(yè)/共73頁(yè)03:0837相位影響第37頁(yè)/共73頁(yè)03:0838在材料科學(xué)上的應(yīng)用

半導(dǎo)體材料導(dǎo)電類(lèi)型的確定

少數(shù)載流子擴(kuò)散距離的測(cè)定

表面態(tài)參數(shù)的測(cè)定

表面光伏氣敏特性研究

譜帶認(rèn)證半導(dǎo)體材料的禁帶寬度的測(cè)定第38頁(yè)/共73頁(yè)03:0839半導(dǎo)體材料導(dǎo)電類(lèi)型的確定1、光伏響應(yīng)方向或相位角三種方式來(lái)確定第39頁(yè)/共73頁(yè)03:0840TheSPSandFISPSofazopigmentsAandCCA

利用場(chǎng)效應(yīng)光伏響應(yīng)XieTengfeng,WangDejun.Phys.Chem.B2000,104,8177-8181第40頁(yè)/共73頁(yè)03:0841Eg=1/l

(nm)×1240=1/390×1240=3.18eV半導(dǎo)體材料的禁帶寬度的測(cè)定ll第41頁(yè)/共73頁(yè)03:0842表面光伏測(cè)量應(yīng)用實(shí)例：

1、太陽(yáng)能電池研究

2、光電氣敏特性研究

3、光催化研究第42頁(yè)/共73頁(yè)03:0843Zn摻雜TiO2微球的形貌分析0%ZnSEM0.25%ZnSEM0.5%ZnSEM1%ZnSEM0.5%ZnFESEM0.5%Zn450℃FESEMZn/Ti摩爾比為0.5%時(shí)，TiO2微球尺寸接近均一。熱處理前后形貌基本一致。Zn摻雜TiO2微球染料敏化太陽(yáng)電池應(yīng)用

1、太陽(yáng)能電池研究的應(yīng)用第43頁(yè)/共73頁(yè)03:0844Zn摻雜TiO2微球的表面光電壓譜不同Zn/Ti摩爾比的TiO2微球的表面光電壓譜。插圖為表面光電壓譜/場(chǎng)誘導(dǎo)表面光電壓譜的裝置示意圖應(yīng)該做它的表面光電流?。〉?4頁(yè)/共73頁(yè)03:0845(a)(b)染料敏化前染料敏化后Zn摻雜TiO2微球的瞬態(tài)光伏激發(fā)波長(zhǎng)355nm

激發(fā)水平50mJ激發(fā)波長(zhǎng)532nm

激發(fā)水平50mJ第45頁(yè)/共73頁(yè)03:0846基于Zn摻雜TiO2微球薄膜電極的染料敏化太陽(yáng)電池的性能測(cè)試SampleVoc(V)Jsc(mA/cm2)FF(%)SBET(m2/g)TiO20.632.000.460.5819.320.25%Zn-TiO20.6412.410.423.3230.820.5%Zn-TiO20.7314.580.444.6348.691.0%Zn-TiO20.757.140.492.6052.96不同Zn摻雜量的DSSCs的I-V特性曲線Voc隨Zn含量的增加而增加。Jsc和在Zn/Ti為0.5%時(shí)最大。各電池的填充因子較低。尺寸、形貌對(duì)電池的影響。YuZhang,DejunWang,TengfengXie,ElectrochimicaActa，inpress,第46頁(yè)/共73頁(yè)03:0847ZnO納米陣列/CdS異質(zhì)結(jié)構(gòu)敏化太陽(yáng)電池性能研究ZnO/CdS異質(zhì)結(jié)構(gòu)紫外可見(jiàn)漫反射吸收光譜可見(jiàn)吸收隨CdS的增多而紅移，強(qiáng)度逐漸增大第47頁(yè)/共73頁(yè)03:0848ZnO/CdS異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜的的表面光電壓譜

光伏響應(yīng)的閾值和強(qiáng)度隨CdS量的不同發(fā)生了有規(guī)律的變化第48頁(yè)/共73頁(yè)03:0849YuZhang，TengfengXie,DejunWangetal.Nanotechnology,2009,20,155707532nm激發(fā)激發(fā)水平50mJ/pulse第49頁(yè)/共73頁(yè)03:0850電池性能隨CdS負(fù)載量的增加而提升，填充因子有所下降。量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池的I-V特性曲線光電轉(zhuǎn)換效率很低！第50頁(yè)/共73頁(yè)03:0851

納米ZnO的表面光伏特性研究

第51頁(yè)/共73頁(yè)03:0852納米ZnO性質(zhì)研究ZnO的發(fā)光性質(zhì)的研究（熱點(diǎn)研究領(lǐng)域）光生電荷的研究

第52頁(yè)/共73頁(yè)03:0853納米ZnO性質(zhì)研究ZnO的發(fā)光性質(zhì)的研究（熱點(diǎn)研究領(lǐng)域）光生電荷的研究

第53頁(yè)/共73頁(yè)03:0854光生電荷產(chǎn)生分離產(chǎn)生有效的光生電子－空穴復(fù)合產(chǎn)生熒光自建場(chǎng)產(chǎn)生的分離Dember效應(yīng)關(guān)于光生電荷性質(zhì)了解納米ZnO第54頁(yè)/共73頁(yè)03:0855TEMimagesoftheZnOquantumdots(a)andZnOnanorods(b)第55頁(yè)/共73頁(yè)03:0856

SPSresponseofZnOquantumdotsunderdifferenteletricalfields電子－空穴的量子限域特性激子直徑2.5nm第56頁(yè)/共73頁(yè)03:0857

（A）（B）Fig5.FISPSresponseofZnOnanorods。（A）Positivefield；（B）Negativefield第57頁(yè)/共73頁(yè)03:0858束縛激子態(tài)FISPS響應(yīng)的特征：

在能量上一般都發(fā)生在帶邊隨外場(chǎng)強(qiáng)度不對(duì)稱變化隨外場(chǎng)峰位不對(duì)稱變化限域態(tài)、自由激子態(tài)FISPS響應(yīng)的特征：

光伏強(qiáng)度隨外場(chǎng)線性增強(qiáng)光伏極性隨外場(chǎng)極性改變對(duì)稱變化第58頁(yè)/共73頁(yè)03:0859自建場(chǎng)對(duì)表面光伏和熒光的調(diào)控作用原位發(fā)光－光電的關(guān)系光伏第59頁(yè)/共73頁(yè)03:0860Fig5.SPVresponse(a)andPL(b)ofZnOnanoparticlesEm.350nm

原位發(fā)光－光伏的關(guān)系發(fā)光第60頁(yè)/共73頁(yè)03:08612、表面光電流研究－光電氣敏第61頁(yè)/共73頁(yè)03:0862樣品ITO膜光學(xué)玻璃第62頁(yè)/共73頁(yè)03:0863MinYang,DejunWang;SensorsandActuatorsB117(2006)80–85第63頁(yè)/共73頁(yè)03:0864

(a)ASchematicviewfthecorrespondingequilibriumbanddiagram(－theaveragegrain-boundarypotentialbarrier).(b)theschematicdiagramofenergybandmodesofdye-sensitizedZnOandtheprocessofphoto-inducechargetransferringfromAzopigmenttoZnOnanoparticles.(a)(b)第64頁(yè)/共73頁(yè)03:0865Response–recoverycurvesofthesensingfilmfabricatedwithcopperdopedZnOnanocrystalstodiffer