本发明专利技术提供一种测量样品表面光电压谱和发光光谱的装置，包括脉冲入射光源系统、显微镜系统、样品池及电信号采集系统和光谱采集系统，其优点在于，实现对光电材料微区瞬态表面光电压谱的测试，可通过与光谱仪器联用实现发光光谱和发光寿命谱的测量，全面表征材料光生载流子的动力学行为。载流子的动力学行为。载流子的动力学行为。
【技术实现步骤摘要】
一种测量样品表面光电压谱和发光光谱的装置
[0001]本专利技术属于光电材料特性测试
，特别涉及一种在纳秒到秒的时间范围内和可见光波长范围内光电材料表面微区表面光电压和发光特性的测试系统。
技术背景
[0002]太阳能因其具有普遍性、绿色环保和可再生等优点而备受关注，被广泛应用于光伏发电、光催化产氢，光催化降解污染物和二氧化碳光催化转化等领域。光催化反应中光生载流子相关动力学过程的研究，对提高材料的光谱利用效率，延长电荷分离态的寿命，改善催化活性具有重要意义。其中光生电荷分离和迁移是一个非常复杂的多时间尺度和多空间尺度的过程，由于其过程涉及到体相、表面和界面，时间范围从飞秒到毫秒，因而该过程对光催化活性起决定性作用。载流子动力学的相关参数能反映材料的尺寸、形貌，表面界面存在的缺陷，同时也可表征电子、空穴及其他活性物种的辐射弛豫或非辐射弛豫的速率常数。通过比较不同材料光催化活性和载流子动力学过程的内在联系，还可以为预测和设计新型光催化材料提供指导。
[0003]目前的研究中单一的光谱表征技术通常存在动力学表征结果不完善，活性物种的生成转换不明确，同时不能反映原位催化反应的化学状态。此外，单波长激发测量体系的超快动力学行为，不能全面确定体系表面能级和活性位点的信息，无法完善评价电荷分离的动力学机理和活性物种的生成、衰减过程。本项目拟利用Nd:YAG纳秒激光器和OPO激光器输出波长大范围可调谐、高能量密度、低重频、窄脉冲线宽及输出能量方便可调的特点，结合荧光显微镜，实现对光电材料微区瞬态表面光电压谱的测试，可通过与光谱仪器联用实现发光光谱和发光寿命谱的测量，全面表征材料光生载流子的动力学行为。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种在纳秒到秒的时间范围内和可见光波长范围内光电材料表面微区光电压和发光特性的测试方法，基于瞬态表面光电压技术和荧光显微镜技术，结合OPO激光器输出波长大范围可调谐、高能量密度、低重频、窄脉冲线宽及输出能量方便可调的特点，实现对光电材料微区瞬态表面光电压谱的测试。
[0005]一种测量样品表面光电压谱和发光光谱的装置，包括脉冲入射光源系统、显微镜系统、样品池及电信号采集系统和光谱采集系统，
[0006]所述脉冲入射光源系统用于提供不同波长的纳秒脉冲宽度并且强度可调的激发光，并且监测激发光强度的微小变化；
[0007]所述显微镜系统用于将激发光高效的照射在样品表面的微区，同时收集从样品表面的微区发出的光信号，将其导入光谱采集系统；
[0008]所述样品池及电信号采集系统用于提供电磁屏蔽的环境,样品微区的区域选择以及样品在脉冲光激发下的电信号采集；
[0009]所述光谱采集系统用于稳态发光光谱和发光寿命衰减的表征。
[0010]进一步优选的,所述入射光源系统包括激光器、振荡器、分束片和二极管探测器，所述激光器发射的光束依次通过振荡器、分束片，由分束片分别进入二极管探测器和显微镜系统中。
[0011]进一步优选的,所述显微镜系统包括长通滤光片、二向色镜和长焦距物镜，由脉冲入射光源系统的发出的光束经过二向色镜、由二向色镜到长焦距物镜，由长焦距物镜进入样品池及电信号采集系统。
[0012]进一步优选的,所述样品池及电信号采集系统包括外壳，所述外壳一侧设有石英窗口，所述外壳内设有两片导电玻璃，两片所述导电玻璃之间放置样品，两片导电玻璃均与电压源、示波器连接。
[0013]进一步优选的,所述长焦距物镜距离样品距离小于其工作距离，两片导电玻璃为光照面导电玻璃，和/或，非光照面导电玻璃，所述导电玻璃的导电面与样品接触；导电玻璃安装在支撑底座上，与相石英窗口相对应，所述支撑座设置在外壳内，外壳安装在电控位移台上。
[0014]进一步优选的，所述光谱采集系统包括反射镜、单侧仪、光电倍增光和光谱仪，显微镜系统的长通滤光片可以有效地截止激发光，而使样品发出的长波长的光进入光谱测试系统，透过反射镜进入光谱仪，经反射镜发射进入单色仪，经过单侧仪进入光电倍增管。
[0015]进一步优选的,所述样品表面光电压谱和发光光谱的测量步骤为，
[0016]激光器发出的光束经过振荡器和分束片，经过分束片分别进入二级管探测器和二向色镜，二级管探测器用于检测激光的能量大小，所述二向色镜对于小于其工作波长的短波高反，对于高于其工作波长的长波高透，短波透过石英窗口照射到样品上，导电玻璃通电，通过调节示波器的时间范围和信号发生器的触发频率，可以进行样品表面光电压谱的测量；通过电控位移台控制样品的移动，从而检测样品不同微观区域的表面光电压谱。
[0017]样品发出的长波长的光经过长焦距物镜和二向色镜，长通滤光片可以截止激发光，而透过样品发出的长波长的光，通过光纤耦合器进入光谱测试系统，通过光谱仪进行稳态发光光谱的测试或通过单色仪和光电倍增管进行某一个波长处瞬态发光光谱的测试。
[0018]进一步优选的,调节激光器输出波长，对每一种波长对应的样品表面光电压谱信号结果进行平均，提高信号的信噪比。
[0019]进一步优选的，所述样品材质为具有光电响应的固态半导体
[0020]有益效果
[0021]在纳秒到秒的时间范围内和可见光波长范围内光电材料表面微区光电压和发光特性的测试方法，基于瞬态表面光电压技术和荧光显微镜技术，结合激光器输出波长大范围可调谐、高能量密度、低重频、窄脉冲线宽及输出能量方便可调的特点，实现对光电材料微区瞬态表面光电压谱的测试。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的结构原理图；
[0023]其中：1为Nd:YAG激光器，2为OPO光参量振荡器，3为石英分束片，4为光电二极管探测器PD，5为二向色镜，6为超长焦物镜，7为外壳，8为示波器，9为电压源，10为电控位移台，11为长通滤光片，12为反射镜，13为光纤光谱仪，14为单色仪，15为光电倍增管PMT；
[0024]图2是本专利技术的电磁屏蔽样品仓的示意图；
[0025]其中，7
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1为外壳，7
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2为石英窗口，7
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5为光照面导电玻璃，7
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6为非光照面导电玻璃，7
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7为支撑底座，7
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8为样品；
[0026]图3是本专利技术所测量的在405到705nm波长范围内，100us的时间范围内纳米WS2(二硫化钨)瞬态光电压谱图。
[0027]图4是本专利技术所测量的以OPO输出的535nm激光激发得到的瞬态光电压谱图和按照文献中以1064nm的二倍频532nm纳秒激光激发得到的纳米WS2瞬态光电压谱图的比较。
[0028]图5为本专利技术测得的400到720nm OPO激光激发下不同积分时间的稳态表面光电压谱图(图5a)和固体紫外可见吸收光谱(图5b)的比较。
[0029]图6为190mJ的355nm激光泵浦OPO激光输出的波长能量曲线。
具体实施方式
[0030]结合图1...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种测量样品表面光电压谱和发光光谱的装置，其特征在于,包括脉冲入射光源系统、显微镜系统、样品池及电信号采集系统和光谱采集系统，所述脉冲入射光源系统用于提供不同波长的纳秒脉冲宽度并且强度可调的激发光，并且监测激发光强度的微小变化；所述显微镜系统用于将激发光高效的照射在样品表面的微区，同时收集从样品表面的微区发出的光信号，将其导入光谱采集系统；所述样品池及电信号采集系统用于提供电磁屏蔽的环境,样品微区的区域选择以及样品在脉冲光激发下的电信号采集；所述光谱采集系统用于稳态发光光谱和发光寿命衰减的表征。2.根据权利要求1所述的一种测量表面光电压谱和发光光谱的装置，其特征在于,所述入射光源系统包括激光器、振荡器、分束片和二极管探测器，所述激光器发射的光束依次通过振荡器、分束片，由分束片分别进入二极管探测器和显微镜系统中。3.根据权利要求1所述的一种测量表面光电压谱和发光光谱的装置，其特征在于,所述显微镜系统包括长通滤光片、二向色镜和长焦距物镜，由脉冲入射光源系统的发出的光束经过二向色镜、由二向色镜到长焦距物镜，由长焦距物镜进入样品池及电信号采集系统。4.根据权利要求1所述的一种测量表面光电压谱和发光光谱的装置，其特征在于,所述样品池及电信号采集系统包括外壳，所述外壳一侧设有石英窗口，所述外壳内设有两片导电玻璃，两片所述导电玻璃之间放置样品，两片导电玻璃均与电压源、示波器连接。5.根据权利要求4所述的一种测量表面光电压谱和发光光谱的装置，其特征在于,所述长焦距物镜距离样品距离小于其工作距离，两片导电玻璃为光照面导电玻璃，和/或，非光照面导电玻璃，所述导电玻璃的导电面与样品接触；导电玻璃...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩克利，郑道元，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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