表面光电压谱课件

思考题：1、说明表面光电压谱检测的基本原理2、如何利用表面光电压谱方法或表面光电流

方法测量半导体的禁带宽度（Eg）*1思考题：1、说明表面光电压谱检测的基本原理*1*2表面光伏现象：原理、实验和应用王德军谢腾峰吉林大学化学学院

*2表面光伏现象：*3SurfacePhotovoltagephenomena:Theory,experimentandapplicationL.Kronik,YShapiraSurfaceScienceReports254(1999)1-205

*3SurfacePhotovoltagephenome*4一．表面光伏原理

二．表面光伏技术分类

三．表面光伏测量的应用

半导体材料导电类型的确定

少数载流子扩散距离的测定

表面态参数的测定

光生电荷性质研究

光催化应用

太阳能电池

表面光伏气敏特性研究*4一．表面光伏原理*5SPV检测原理

1.带－带跃迁情况

2.亚带隙跃迁情况*5SPV检测原理*6SPV检测原理

1.带－带跃迁情况

2.亚带隙跃迁情况*6SPV检测原理*7图2.n－型(左图)和p－型(右图)半导体材料在光诱导下，表面势垒高度(Vs)的变化过程。*7图2.n－型(左图)和p－型(右图)半导体材料在*8图3.双面接触的n型半导体，一侧保持暗态，另一侧受光照射，两侧表面势垒高度(Vs)的变化。h暗态*8图3.双面接触的n型半导体，一侧保持暗态，另一h*9SPV检测原理

1.带－带跃迁情况

2.亚带隙跃迁情况*9SPV检测原理*10亚带隙跃迁的光伏响应*10亚带隙跃迁的光伏响应*11

表面光伏检测方法表面光电压谱(SPS)瞬态表面光伏检测表面光电微纳尺度扫描稳态动态表面光伏技术分类二．表面光伏技术分类*11表面光伏检测方法表面光电瞬态表面表面光电稳动表面*12稳态表面光电压谱Schematicrepresentationoftheexperimentalset-upforsurfacephotovoltagespectroscopy*12稳态表面光电压谱Schematicrepresent*13表面光电压谱仪浙江大学北京化学所（2）燕山大学(2)黑龙江大学辽宁师范大学（2）大连理工大学河南大学西南交大上海交大东北师范大学（3）哈尔滨工业大学（2）四川理工学院闽江学院河北科技大学哈尔滨师范大学内蒙古大学*13表面光电压谱仪浙江大学内蒙古大学内蒙古大学*15

表面光伏检测方法表面光电压谱(SPS)瞬态表面光伏检测表面光电微区扫描稳态动态表面光伏技术分类*15表面光伏检测方法表面光电瞬态表面表面光电稳动表面*Kelvin探针表面光伏技术（动态）*Kelvin探针表面光伏技术（动态）*17能够给出接触势垒高度的改变量（表面功函改变）得到表面光电压谱2005.1～2007.12国家基金委项目*17能够给出接触势垒高度的改变量（表面功函改变）2005*18dcSPVspectrumofZnOarraywithilluminationontopfrom600nmto300nm.Inset:SchematicsetupofKelvinProbedbasedSPVmeasurement.

380nm:weakchangeofDCPD*18dcSPVspectrumofZnOarra*19

表面光伏检测方法表面光电压谱(SPS)瞬态表面光伏检测表面光电微区扫描稳态动态表面光伏技术分类*19表面光伏检测方法表面光电瞬态表面表面光电稳动表面*20瞬态表面光伏测量1064nmnmnm266nm2007.1～2009.12国家基金委项目*20瞬态表面光伏测量1064nm2007.1～2009.*21瞬态PV的测试不同导电类型对测试的影响p-typen-typeFrom:J.Appl.Phys.91,9432(2002)*21瞬态PV的测试不同导电类型对测试的影响p-typen-*22Figure2.thetransientphotovoltageoftheheterostructureilluminatedfromthefrontside(theinsetoffig.2)withtheilluminationIntensityof7mJ.Frontillumination*22Figure2.thetransientpho*23Fig.3thetransientphotovoltageoftheheterostructureathigherilluminationintensityof18mJand50mJ.

*23Fig.3thetransientphotov*24

表面光伏检测方法表面光电压谱(SPS)瞬态表面光伏检测表面光电微区扫描稳态动态表面光伏技术分类*24表面光伏检测方法表面光电瞬态表面表面光电稳动表面*254.表面光电微区扫描(远场扫描)利用KFM模式*254.表面光电微区扫描(远场扫描)利用KFM模式*26(n-Si/TiO2)/B(n-Si/TiO2)/Be-e-研究微纳米尺度的表面与界面的电荷行为*26(n-Si/TiO2)/B(n-Si/TiO2)/Be*27(n-Si/TiO2)/B’(n-Si/TiO2)/B’e-e-光致电荷转移过程*27(n-Si/TiO2)/B’(n-Si/TiO2)/B*28对于稳态表面光伏的影响因素

1．样品吸收特性(消光系数、跃迁属性等)2．样品内阻

3．样品粒径

4．调制频率

5．环境因素

6．外场

7．电极

8．相位*28对于稳态表面光伏的影响因素*29

三．表面光伏测量的应用

半导体材料导电类型的确定

少数载流子扩散距离的测定

表面态参数的测定

光生电荷性质研究

光催化应用

太阳能电池

表面光伏气敏特性研究

异质界面对光生电荷的调控*29光化学与光物理的几个过程1、光吸收2、光生电荷分离4、光生电荷复合3、光生电荷扩散5、光催化还原反应5、光催化氧化反应光化学与光物理的几个过程1、光吸收2、光生电荷分离4、光生电在光物理过程研究中必须面对下面几个问题：1、什么是光生电荷有序分离的原动力？2、光生电荷的扩散长度？3、光生电荷扩散的方向？4、光生电荷是由能带直接转移给反应物的吗？5、表面态如何影响光生电荷的转移过程。在光物理过程研究中必须面对下面几个问题：光生电荷性质研究：1、半导体材料的禁带宽度的测定2、光生电荷扩散方向3、带带跃迁与亚带隙跃迁的区分4、光生电荷属性的研究光生电荷性质研究：*33Eg=1/l

(nm)×1240=1/390×1240=3.18eV1、半导体材料的禁带宽度的测定ll*33Eg=1/l(nm)×1240=1/

BiVO4-A:四角型

BiVO4-B:四角/单斜

BiVO4-C:单斜BiVO4表面光电压谱和它的表面光伏相位谱2、光生电荷扩散方向

表面光电压谱表面光伏相位谱BiVO4-A:四角型BiVO4表面光电压谱和它的表面光表面光伏相位谱n-型ΔV>0带弯向上φ介于-

90o—0o空穴向照光面p-型ΔV<0带弯向下φ介于90o—180o电子向照光面表面光伏相位谱n-型ΔV>0带弯向上φ介于空穴向照光面p-型TiO2

（111）单晶3、带带跃迁与亚带隙跃迁的区分带带跃迁亚带隙跃迁TiO2（111）单晶3、带带跃迁与亚带隙跃迁的区分带带跃*37TEMimagesoftheZnOquantumdots(a)andZnOnanorods(b)4、光生电荷属性研究

例子：纳米ZnO光伏性质研究*37TEMimagesoftheZnOquant*38

SPSresponseofZnOquantumdotsunderdifferenteletricalfields电子－空穴的量子限域特性激子直径2.5nm*38SPSresponseof*39

（A）（B）Fig5.FISPSresponseofZnOnanorods。（A）Positivefield；（B）Negativefield*39（A）*40束缚激子态FISPS响应的特征：

在能量上一般都发生在带边随外场强度不对称变化随外场峰位不对称变化限域态或自由激子态FISPS响应的特征：

光伏强度随外场线性增强光伏极性随外场极性改变对称变化光伏峰位不随外场变化J.Phys.Chem.B2004,108,3202-3206*40束缚激子态FISPS响应的特征：限域态或自由激子态FI*41自建场对表面光伏和荧光的调控作用原位气体吸附对表面光伏的影响光电*41自建场对表面光伏和荧光的调控作用原位气体吸附对表面光伏*42SPVresponse(a)andPL(b)ofZnOnanoparticlesEm.350nm

原位气体吸附对表面光伏的影响发光*42SPVresponse(a)andPL(b)

光催化研究1、Au/TiO2微球光生电荷迁移性质研究光催化研究不同金掺杂量的样品焙烧前的SEM照片5mm5mm5mm5mm纯TiO20.35%0.53%0.7%不同金掺杂量的样品焙烧前的SEM照片5mm5mm5mmSEMof0.7%Au-TiO2TEMimageoftheannealedtitaniaspheres(0.70mol%CA,calcniationat500ºCfor2h),InsetistheHRTEMimageoftheselectedarea,scalebar:5nm.样品焙烧前后的SEM结果及焙烧后样品的TEM和HRTEM结果Aunanoparticle500度焙烧前焙烧后AuCl4-离子分解生成Au原子，Au原子移动聚集生成纳米颗粒

SEMof0.7%Au-TiO2TEMimageofAu-TiO2微球的漫反射吸收谱TiO2Auplasmon二者之间的强相互作用导致Au纳米粒子的plasmon吸收复杂化Au-TiO2微球的漫反射吸收谱TiO2AuplasmonAu-TiO2微球的表面光电流谱紫外光照射下，Au纳米粒子作为电子受体捕获光生电子，降低了TiO2导带中电子的迁移

可见光照射下，Au纳米粒子的plasmon光生电子转移到TiO2纳米晶中，促进了光电导TiO2AuplasmonAu-TiO2微球的表面光电流谱紫外光照射下，Au纳米粒子Au-TiO2微球的表面光电压谱TiO2Auplasmon紫外光照射下，SPV增强：TiO2纳米晶的光生电子转移到Au纳米粒子中

可见光照射下，Au纳米粒子的plasmon光生电子转移到TiO2纳米晶中Au-TiO2微球的表面光电压谱TiO2Auplasmone-h+e-TiO2AuAu-TiO2微球的光生电荷转移示意图在紫外光下，Au作为光生电子受体，有利于光生电荷的分离紫外光h+e-e-TiO2Au可见光在可见光下，Au作为光生电子给体，实现其plasmon吸收的光生电荷的分离e-h+e-TiO2AuAu-TiO2微球的光生电荷转移示意Au-TiO2微球的光催化活性测试紫外光降解MO可见光降解MO75W汞灯>450nmAu纳米粒子促进了光生电荷分离，提高了紫外光催化效果。Au纳米粒子plasmon吸收具有可见光催化性能，其机理可能是产生了光生电子转移的结果ChemistryaEuropeanJournal2009,15,4366–4372Au-TiO2微球的光催化活性测试紫外光降解MO可见光降解BiVO4的制备1：四角晶BiVO42：单斜BiVO43：混晶BiVO42、不同晶型BiVO4光生电荷迁移性质研究BiVO4的制备1：四角晶BiVO42：单斜BiVO43：混

BiVO4-A:四角型

BiVO4-B:四角/单斜

BiVO4-C:单斜BiVO4的SRDBiVO4-A:四角型BiVO4的SRDBiVO4紫外可见吸收

BiVO4-A:四角型

BiVO4-B:四角/单斜

BiVO4-C:单斜BiVO4紫外可见吸收BiVO4-A:四角型

BiVO4-A:四角型

BiVO4-B:四角/单斜

BiVO4-C:单斜BiVO4表面光电压谱和它的表面光伏相位谱l=355nmBiVO4-A:四角型BiVO4表面光电压谱和它的表面光l=355nmFigure4TPVcurveofBiVO4exitedwithalaserradiationpulsewithapowerof50mJ,wavelengthof355nmandpulsewidthof5nsBiVO4瞬态表面光伏l=355nmFigure4TPVcurveofBFigure5PhotodegradationofMBusingBiVO4withdifferentphaseundertheirradiationofvisiblelight.(λ>400nm,CMB=10mg/L)可见光下BiVO4光催化活性可见光Figure5PhotodegradationofM紫外光下BiVO4光催化活性紫外光J.Phys.Chem.C.2012,116,2425–2430紫外光下BiVO4光催化活性紫外光J.Phys.Chem*58Zn掺杂TiO2微球的形貌分析0%ZnSEM0.25%ZnSEM0.5%ZnSEM1%ZnSEM0.5%ZnFESEM0.5%Zn450℃FESEMZn/Ti摩尔比为0.5%时，TiO2微球尺寸接近均一。热处理前后形貌基本一致。Zn掺杂TiO2微球染料敏化太阳电池应用

3、太阳能电池研究的应用*58Zn掺杂TiO2微球的形貌分析0%ZnSEM0.2*59Zn掺杂TiO2微球的表面光电压谱不同Zn/Ti摩尔比的TiO2微球的表面光电压谱。插图为表面光电压谱/场诱导表面光电压谱的装置示意图应该做它的表面光电流！！*59Zn掺杂TiO2微球的表面光电压谱不同Zn/Ti摩尔比*60(a)(b)染料敏化前染料敏化后Zn掺杂TiO2微球的瞬态光伏激发波长355nm

激发水平50mJ激发波长532nm

激发水平50mJ*60(a)(b)染料敏化前染料敏化后Zn掺杂TiO2微球的*61基于Zn掺杂TiO2微球薄膜电极的染料敏化太阳电池的性能测试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掺杂量的DSSCs的I-V特性曲线Voc随Zn含量的增加而增加。Jsc和在Zn/Ti为0.5%时最大。各电池的填充因子较低。尺寸、形貌对电池的影响。YuZhang,DejunWang,TengfengXie,ElectrochimicaActa，inpress,*61基于Zn掺杂TiO2微球薄膜电极SampleVoc(*62ZnO纳米阵列/CdS异质结构敏化太阳电池性能研究ZnO/CdS异质结构紫外可见漫反射吸收光谱可见吸收随CdS的增多而红移，强度逐渐增大*62ZnO纳米阵列/CdS异质结构敏化太阳电池性能研究Zn*63ZnO/CdS异质结构薄膜的的表面光电压谱

光伏响应的阈值和强度随CdS量的不同发生了有规律的变化*63ZnO/CdS异质结构薄膜的的表面光电压谱光伏响应的*64YuZhang，TengfengXie,DejunWangetal.Nanotechnology,2009,20,155707532nm激发激发水平50mJ/pulse*64YuZhang，TengfengXie,Deju*654、表面光电流研究－光电气敏*654、表面光电流研究－光电气敏*66MinYang,DejunWang;SensorsandActuatorsB117(2006)80–85*66MinYang,DejunWang;*67

(a)ASchematicviewfthecorrespondingequilibriumbanddiagram(－theaveragegrain-boundarypotentialbarrier).(b)theschematicdiagramofenergybandmodesofdye-sensitizedZnOandtheprocessofphoto-inducechargetransferringfromAzopigmenttoZnOnanoparticles.(a)(b)*67(a)ASchematicviewfthe*68Response–recoverycurvesofthesensingfilmfabricatedwithcopperdopedZnOnanocrystalstodifferentconcentrationsof(a)ethanol.LiangPeng,De-JunWang，SensorsandActuatorsB131(2008)660–664*68Response–recoverycurvesof

p-Cu2O/n-Cu2O异质界面对光生电荷的调控

(同质界面)p-Cu2O/n-Cu2O异质界面对光生电荷的调控Cu2O同质结的制备方法—两步电沉积(1)0.02MCuSO4，调节溶液的pH值为7.0，8.0，9.0，制备一系列p-Cu2O膜，沉积电量为0.6C/cm2。(2)0.02MCu(AC)2，调节溶液的pH值为4.9，再沉积一层n-Cu2O膜，沉积电量为0.3C/cm2。(1)(2)ColleenM.,J.AM.CHEM.SOC.2009,131,2561–2569ColleenM.,J.Phys.Chem.Lett.2010,1,2666–2670Cu2O同质结的制备方法—两步电沉积(1)0.02MCup-Cu2O/n-Cu2O复合膜的SEM

p-nCu2O(pH7.0+pH4.9)

p-nCu2O(pH8.0+pH4.9)p-nCu2O(pH9.0+pH4.9)p-Cu2O/n-Cu2O复合膜的SEMp-nC+O→R高分离效率=高活性？p-nCu2O同质结的能带结构和电荷转移方向+O→R高分离效率=高活性？p-nCu2O同质结p-nCu2O复合膜的XRD和吸收光谱（A）p-nCu2O(pH7.0+pH4.9)（B）p-nCu2O(pH8.0+pH4.9)（C）p-nCu2O(pH9.0+pH4.9)p-nCu2O复合膜的XRD和吸收光谱（A）p-nCu2p-nCu2O复合膜的光电化学行为由阳极光电流变为阴极光电流的拐点位置向正电位方向移动p-nCu2O复合膜的光电化学行为由阳极光电流变为阴极光电p-nCu2O复合膜的表面光电压谱界面场弱，产生正的光伏信号界面场较强，开始产生负的光伏响应界面场强，产生全负的光伏响应p-nCu2O复合膜的表面光电压谱界面场弱，界面场较强，开p-nCu2O复合膜的表面光伏谱和相位谱表面照光时，对于p-nCu2O(pH7.0+pH4.9)，界面电场最弱，光生电荷主要在表面的作用下分离，产生正的光伏信号。对于p-nCu2O(pH8.0+pH4.9)，表面和界面的作用同时体现，使可见区的光伏响应变负。对于p-nCu2O(pH9.0+pH4.9)界面电场最强，生电荷主要在界面的作用下分离，产生负的光伏响应。p-nCu2O复合膜的表面光伏谱和相位谱表面照光时，对于pp-nCu2O复合膜用于光催化还原甲基紫精(MV2+)对于p-nCu2O(pH7.0+pH4.9)，界面电场最弱，光生电荷主要在表面的作用下分离，对于p-nCu2O(pH9.0+pH4.9)，界面电场最强，光生电荷主要在界面电场的作用下分离，分离效率最高，因此具有最高的光催化活性。p-nCu2O复合膜用于光催化还原甲基紫精(MV2+)对于催化活性的影响与背照光不同，前照光时，三者催化活性基本相同，可能主要是表面处电荷参与光催化反应。表面电子浓度相同？催化活性的影响与背照光不同，前照光时，三者催化活性基本相同，*79杂志名称发表时间IF1Chemistry-AEuropeanJournal,2009,15(17),4366-43725.8312Chemistry-AEuropeanJournal,2009,15(45),12521-125275.8313NanoResearch,2011,4(5),460-4697.3924NanoResearch,2011,4(11):1144-11527.3925TheJournalofPhysicalChemistryC,2011,115(17),8637-86424.8146JournalofMaterialsChemistry,2012,22,12915-129206.1017Nanoscale,2012,4,6393-64006.2338ACSAppliedMaterialsandInterfaces,2012,4(9),4853-48575.0089TheJournalofPhysicalChemistryC,2012,116(3),2425-24304.81410Nanoscale,2013,5(7),2938-29446.23311ACSAppliedMaterials&Interfaces,2013,5(10),4017-40205.00812TheJournalofPhysicalChemistryC,2013,117(9),4619-46244.81413JournalofMaterialsChemistryA.2014,2(33),13705-137126.10114Chemistry-AEuropeanJournal,2014,20,311-3165.83115ACSAppliedMaterials&Interfaces.2014，6，9321-93275.008*79杂志名称发表时间IF1Chemistry-AEu*80*80*81近年来承担项目情况：批准号项目名称起止年月负责或参加自然科学基金电场对光生电荷的调控研究及其应用2012.1～2015.12负责人（62万元）自然科学基金（20873053）利用光伏相位谱技术解析光生电荷属性2009.1～2011.12负责人（35万元）自然科学基金（20673049）利用瞬态表面光伏技术研究光生电荷动力学过程2007.1～2009.12负责人（30万元）自然科学基金（20473033）利用Kelvin探针技术研究纳米材料的功函2005.1～2007.12负责人（24万元）自然科学基金（20273027）有机/无机异质结构纳米区域光诱导电荷转移研究2003.1～2005.12负责人（22万元）自然科学基金（29971013）固体表面二元特性的纳米尺度研究2000.1～2002.12负责人（15万元）自然科学基金（29373101）光电驱动分子开关材料的合成及原理器件的研究1994.1～1996.12负责人（7万元）自然科学基金（2870154）功能材料表面光电压谱研究1988.1～1990.12负责人（2万元）科技部973子课题光催化材料及其应用的基础研究2007.7～2011.12负责人（110万元）科技部973子课题（项目滚动）光催化材料及其应用的基础研究20013.7～2017.12负责人（80万元）*81近年来承担项目情况：批准号项目名称起止年月负责或参加自感谢我们课题组的同学感谢我们课题组的同学感谢

国家科技部《重点基础研究发展计划》（973项目）（2007CB613303)

国家自然科学基金多年来对我们的支持

感谢国家科技部《重点基础研究发展计划》*84谢谢各位老师及同学敬请批评指正*84谢谢各位老师及同学思考题：1、说明表面光电压谱检测的基本原理2、如何利用表面光电压谱方法或表面光电流

方法测量半导体的禁带宽度（Eg）*85思考题：1、说明表面光电压谱检测的基本原理*1*86表面光伏现象：原理、实验和应用王德军谢腾峰吉林大学化学学院

*2表面光伏现象：*87SurfacePhotovoltagephenomena:Theory,experimentandapplicationL.Kronik,YShapiraSurfaceScienceReports254(1999)1-205

*3SurfacePhotovoltagephenome*88一．表面光伏原理

二．表面光伏技术分类

三．表面光伏测量的应用

半导体材料导电类型的确定

少数载流子扩散距离的测定

表面态参数的测定

光生电荷性质研究

光催化应用

太阳能电池

表面光伏气敏特性研究*4一．表面光伏原理*89SPV检测原理

1.带－带跃迁情况

2.亚带隙跃迁情况*5SPV检测原理*90SPV检测原理

1.带－带跃迁情况

2.亚带隙跃迁情况*6SPV检测原理*91图2.n－型(左图)和p－型(右图)半导体材料在光诱导下，表面势垒高度(Vs)的变化过程。*7图2.n－型(左图)和p－型(右图)半导体材料在*92图3.双面接触的n型半导体，一侧保持暗态，另一侧受光照射，两侧表面势垒高度(Vs)的变化。h暗态*8图3.双面接触的n型半导体，一侧保持暗态，另一h*93SPV检测原理

1.带－带跃迁情况

2.亚带隙跃迁情况*9SPV检测原理*94亚带隙跃迁的光伏响应*10亚带隙跃迁的光伏响应*95

表面光伏检测方法表面光电压谱(SPS)瞬态表面光伏检测表面光电微纳尺度扫描稳态动态表面光伏技术分类二．表面光伏技术分类*11表面光伏检测方法表面光电瞬态表面表面光电稳动表面*96稳态表面光电压谱Schematicrepresentationoftheexperimentalset-upforsurfacephotovoltagespectroscopy*12稳态表面光电压谱Schematicrepresent*97表面光电压谱仪浙江大学北京化学所（2）燕山大学(2)黑龙江大学辽宁师范大学（2）大连理工大学河南大学西南交大上海交大东北师范大学（3）哈尔滨工业大学（2）四川理工学院闽江学院河北科技大学哈尔滨师范大学内蒙古大学*13表面光电压谱仪浙江大学内蒙古大学内蒙古大学*99

表面光伏检测方法表面光电压谱(SPS)瞬态表面光伏检测表面光电微区扫描稳态动态表面光伏技术分类*15表面光伏检测方法表面光电瞬态表面表面光电稳动表面*Kelvin探针表面光伏技术（动态）*Kelvin探针表面光伏技术（动态）*101能够给出接触势垒高度的改变量（表面功函改变）得到表面光电压谱2005.1～2007.12国家基金委项目*17能够给出接触势垒高度的改变量（表面功函改变）2005*102dcSPVspectrumofZnOarraywithilluminationontopfrom600nmto300nm.Inset:SchematicsetupofKelvinProbedbasedSPVmeasurement.

380nm:weakchangeofDCPD*18dcSPVspectrumofZnOarra*103

表面光伏检测方法表面光电压谱(SPS)瞬态表面光伏检测表面光电微区扫描稳态动态表面光伏技术分类*19表面光伏检测方法表面光电瞬态表面表面光电稳动表面*104瞬态表面光伏测量1064nmnmnm266nm2007.1～2009.12国家基金委项目*20瞬态表面光伏测量1064nm2007.1～2009.*105瞬态PV的测试不同导电类型对测试的影响p-typen-typeFrom:J.Appl.Phys.91,9432(2002)*21瞬态PV的测试不同导电类型对测试的影响p-typen-*106Figure2.thetransientphotovoltageoftheheterostructureilluminatedfromthefrontside(theinsetoffig.2)withtheilluminationIntensityof7mJ.Frontillumination*22Figure2.thetransientpho*107Fig.3thetransientphotovoltageoftheheterostructureathigherilluminationintensityof18mJand50mJ.

*23Fig.3thetransientphotov*108

表面光伏检测方法表面光电压谱(SPS)瞬态表面光伏检测表面光电微区扫描稳态动态表面光伏技术分类*24表面光伏检测方法表面光电瞬态表面表面光电稳动表面*1094.表面光电微区扫描(远场扫描)利用KFM模式*254.表面光电微区扫描(远场扫描)利用KFM模式*110(n-Si/TiO2)/B(n-Si/TiO2)/Be-e-研究微纳米尺度的表面与界面的电荷行为*26(n-Si/TiO2)/B(n-Si/TiO2)/Be*111(n-Si/TiO2)/B’(n-Si/TiO2)/B’e-e-光致电荷转移过程*27(n-Si/TiO2)/B’(n-Si/TiO2)/B*112对于稳态表面光伏的影响因素

1．样品吸收特性(消光系数、跃迁属性等)2．样品内阻

3．样品粒径

4．调制频率

5．环境因素

6．外场

7．电极

8．相位*28对于稳态表面光伏的影响因素*113

三．表面光伏测量的应用

半导体材料导电类型的确定

少数载流子扩散距离的测定

表面态参数的测定

光生电荷性质研究

光催化应用

太阳能电池

表面光伏气敏特性研究

异质界面对光生电荷的调控*29光化学与光物理的几个过程1、光吸收2、光生电荷分离4、光生电荷复合3、光生电荷扩散5、光催化还原反应5、光催化氧化反应光化学与光物理的几个过程1、光吸收2、光生电荷分离4、光生电在光物理过程研究中必须面对下面几个问题：1、什么是光生电荷有序分离的原动力？2、光生电荷的扩散长度？3、光生电荷扩散的方向？4、光生电荷是由能带直接转移给反应物的吗？5、表面态如何影响光生电荷的转移过程。在光物理过程研究中必须面对下面几个问题：光生电荷性质研究：1、半导体材料的禁带宽度的测定2、光生电荷扩散方向3、带带跃迁与亚带隙跃迁的区分4、光生电荷属性的研究光生电荷性质研究：*117Eg=1/l

(nm)×1240=1/390×1240=3.18eV1、半导体材料的禁带宽度的测定ll*33Eg=1/l(nm)×1240=1/

BiVO4-A:四角型

BiVO4-B:四角/单斜

BiVO4-C:单斜BiVO4表面光电压谱和它的表面光伏相位谱2、光生电荷扩散方向

表面光电压谱表面光伏相位谱BiVO4-A:四角型BiVO4表面光电压谱和它的表面光表面光伏相位谱n-型ΔV>0带弯向上φ介于-

90o—0o空穴向照光面p-型ΔV<0带弯向下φ介于90o—180o电子向照光面表面光伏相位谱n-型ΔV>0带弯向上φ介于空穴向照光面p-型TiO2

（111）单晶3、带带跃迁与亚带隙跃迁的区分带带跃迁亚带隙跃迁TiO2（111）单晶3、带带跃迁与亚带隙跃迁的区分带带跃*121TEMimagesoftheZnOquantumdots(a)andZnOnanorods(b)4、光生电荷属性研究

例子：纳米ZnO光伏性质研究*37TEMimagesoftheZnOquant*122

SPSresponseofZnOquantumdotsunderdifferenteletricalfields电子－空穴的量子限域特性激子直径2.5nm*38SPSresponseof*123

（A）（B）Fig5.FISPSresponseofZnOnanorods。（A）Positivefield；（B）Negativefield*39（A）*124束缚激子态FISPS响应的特征：

在能量上一般都发生在带边随外场强度不对称变化随外场峰位不对称变化限域态或自由激子态FISPS响应的特征：

光伏强度随外场线性增强光伏极性随外场极性改变对称变化光伏峰位不随外场变化J.Phys.Chem.B2004,108,3202-3206*40束缚激子态FISPS响应的特征：限域态或自由激子态FI*125自建场对表面光伏和荧光的调控作用原位气体吸附对表面光伏的影响光电*41自建场对表面光伏和荧光的调控作用原位气体吸附对表面光伏*126SPVresponse(a)andPL(b)ofZnOnanoparticlesEm.350nm

原位气体吸附对表面光伏的影响发光*42SPVresponse(a)andPL(b)

光催化研究1、Au/TiO2微球光生电荷迁移性质研究光催化研究不同金掺杂量的样品焙烧前的SEM照片5mm5mm5mm5mm纯TiO20.35%0.53%0.7%不同金掺杂量的样品焙烧前的SEM照片5mm5mm5mmSEMof0.7%Au-TiO2TEMimageoftheannealedtitaniaspheres(0.70mol%CA,calcniationat500ºCfor2h),InsetistheHRTEMimageoftheselectedarea,scalebar:5nm.样品焙烧前后的SEM结果及焙烧后样品的TEM和HRTEM结果Aunanoparticle500度焙烧前焙烧后AuCl4-离子分解生成Au原子，Au原子移动聚集生成纳米颗粒

SEMof0.7%Au-TiO2TEMimageofAu-TiO2微球的漫反射吸收谱TiO2Auplasmon二者之间的强相互作用导致Au纳米粒子的plasmon吸收复杂化Au-TiO2微球的漫反射吸收谱TiO2AuplasmonAu-TiO2微球的表面光电流谱紫外光照射下，Au纳米粒子作为电子受体捕获光生电子，降低了TiO2导带中电子的迁移

可见光照射下，Au纳米粒子的plasmon光生电子转移到TiO2纳米晶中，促进了光电导TiO2AuplasmonAu-TiO2微球的表面光电流谱紫外光照射下，Au纳米粒子Au-TiO2微球的表面光电压谱TiO2Auplasmon紫外光照射下，SPV增强：TiO2纳米晶的光生电子转移到Au纳米粒子中

可见光照射下，Au纳米粒子的plasmon光生电子转移到TiO2纳米晶中Au-TiO2微球的表面光电压谱TiO2Auplasmone-h+e-TiO2AuAu-TiO2微球的光生电荷转移示意图在紫外光下，Au作为光生电子受体，有利于光生电荷的分离紫外光h+e-e-TiO2Au可见光在可见光下，Au作为光生电子给体，实现其plasmon吸收的光生电荷的分离e-h+e-TiO2AuAu-TiO2微球的光生电荷转移示意Au-TiO2微球的光催化活性测试紫外光降解MO可见光降解MO75W汞灯>450nmAu纳米粒子促进了光生电荷分离，提高了紫外光催化效果。Au纳米粒子plasmon吸收具有可见光催化性能，其机理可能是产生了光生电子转移的结果ChemistryaEuropeanJournal2009,15,4366–4372Au-TiO2微球的光催化活性测试紫外光降解MO可见光降解BiVO4的制备1：四角晶BiVO42：单斜BiVO43：混晶BiVO42、不同晶型BiVO4光生电荷迁移性质研究BiVO4的制备1：四角晶BiVO42：单斜BiVO43：混

BiVO4-A:四角型

BiVO4-B:四角/单斜

BiVO4-C:单斜BiVO4的SRDBiVO4-A:四角型BiVO4的SRDBiVO4紫外可见吸收

BiVO4-A:四角型

BiVO4-B:四角/单斜

BiVO4-C:单斜BiVO4紫外可见吸收BiVO4-A:四角型

BiVO4-A:四角型

BiVO4-B:四角/单斜

BiVO4-C:单斜BiVO4表面光电压谱和它的表面光伏相位谱l=355nmBiVO4-A:四角型BiVO4表面光电压谱和它的表面光l=355nmFigure4TPVcurveofBiVO4exitedwithalaserradiationpulsewithapowerof50mJ,wavelengthof355nmandpulsewidthof5nsBiVO4瞬态表面光伏l=355nmFigure4TPVcurveofBFigure5PhotodegradationofMBusingBiVO4withdifferentphaseundertheirradiationofvisiblelight.(λ>400nm,CMB=10mg/L)可见光下BiVO4光催化活性可见光Figure5PhotodegradationofM紫外光下BiVO4光催化活性紫外光J.Phys.Chem.C.2012,116,2425–2430紫外光下BiVO4光催化活性紫外光J.Phys.Chem*142Zn掺杂TiO2微球的形貌分析0%ZnSEM0.25%ZnSEM0.5%ZnSEM1%ZnSEM0.5%ZnFESEM0.5%Zn450℃FESEMZn/Ti摩尔比为0.5%时，TiO2微球尺寸接近均一。热处理前后形貌基本一致。Zn掺杂TiO2微球染料敏化太阳电池应用

3、太阳能电池研究的应用*58Zn掺杂TiO2微球的形貌分析0%ZnSEM0.2*143Zn掺杂TiO2微球的表面光电压谱不同Zn/Ti摩尔比的TiO2微球的表面光电压谱。插图为表面光电压谱/场诱导表面光电压谱的装置示意图应该做它的表面光电流！！*59Zn掺杂TiO2微球的表面光电压谱不同Zn/Ti摩尔比*144(a)(b)染料敏化前染料敏化后Zn掺杂TiO2微球的瞬态光伏激发波长355nm

激发水平50mJ激发波长532nm

激发水平50mJ*60(a)(b)染料敏化前染料敏化后Zn掺杂TiO2微球的*145基于Zn掺杂TiO2微球薄膜电极的染料敏化太阳电池的性能测试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掺杂量的DSSCs的I-V特性曲线Voc随Zn含量的增加而增加。Jsc和在Zn/Ti为0.5%时最大。各电池的填充因子较低。尺寸、形貌对电池的影响。YuZhang,DejunWang,TengfengXie,ElectrochimicaActa，inpress,*61基于Zn掺杂TiO2微球薄膜电极SampleVoc(*146ZnO纳米阵列/CdS异质结构敏化太阳电池性能研究ZnO/CdS异质结构紫外可见漫反射吸收光谱可见吸收随CdS的增多而红移，强度逐渐增大*62ZnO纳米阵列/CdS异质结构敏化太阳电池性能研究Zn*147ZnO/CdS异质结构薄膜的的表面光电压谱

光伏响应的阈值和强度随CdS量的不同发生了有规律的变化*63ZnO/CdS异质结构薄膜的的表面光电压谱光伏响应的*148YuZhang，TengfengXie,DejunWangetal.Nanotechnology,2009,20,155707532nm激发激发水平50mJ/pulse*64YuZhang，TengfengXie,Deju*1494、表面光电流研究－光电气敏*654、表面光电流研究－光电气敏*150MinYang,DejunWang;SensorsandActuatorsB117(2006)80–85*66MinYang,DejunWang;*151

(a)ASchematicviewfthecorrespondingequilibriumbanddiagram(－theaveragegrain-boundarypotentialbarrier).(b)theschematicdiagramofenergybandmodesofdye-sensitizedZnOandtheprocessofphoto-inducechargetransferringfromAzopigmenttoZnOnanoparticles.(a)(b)*67(a)ASchematicviewfthe*152Response–recoverycurvesofthesensingfilmfabricatedwithcopperdopedZnOnanocrystalstodifferentconcentrationsof(a)ethanol.LiangPeng,De-JunWang，SensorsandActuatorsB131(2008)660–664*68Response–recoverycurvesof

p-Cu2O/n-Cu2O异质界面对光生电荷的调控

(同质界面)p-Cu2O/n-Cu2O异质界面对光生电荷的调控Cu2O同质结的制备方法—两步电沉积(1)0.02MCuSO4，调节溶液的pH值为7.0，8.0，9.0，制备一系列p-Cu2O膜，沉积电量为0.6C/cm2。(2)0.02MCu(AC)2，调节溶液的pH值为4.9，再沉积一层n-Cu2O膜，沉积电量为0.3C/cm2。(1)(2)ColleenM.,J.AM.CHEM.SOC.2009,131,2561–2569ColleenM.,J.Phys.Chem.Lett.2010,1,2666–2670Cu2O同质结的制备方法—两步电沉积(1)0.02MCup-Cu2O/n-Cu2O复合膜的SEM

p-nCu2O(pH7.0+pH4.9)

p-nCu2O(pH8.0+pH4.9)p-nCu2O(pH9.0+pH4.9)p-Cu2O/n-Cu2O复合膜的SEMp-nC+O→R高分离效率=高活性？p-nCu2O同质结的能带结构和电荷转移方向+O→R高分离效率=高活性？p-nCu2O同质结p-nCu2O复合膜的XRD和吸收光谱（A）p-nCu2O(pH7.0+pH4.9)（B）p-nCu2O(pH8.0+pH4.9)（C）p-nCu2O(pH9.0+pH4.9)p-nCu2O复合膜的XRD和吸收光谱（A）p-nCu2p-nCu2O复合膜的光电化学行为由阳极光电流变为阴极光电流的拐点位置向正电位方向移动p-nCu2O复合膜的光电化学行为由阳极光电流变为阴极光电p-nCu2O复合膜的表面光电压谱界面场弱，产生