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大型光电光谱仪 用于静态和动态量的探索

自动、全面地对光电特性进行静态和动态技术的表征

描述

大型光电光谱仪是一种将光电光谱仪功能与强度调制光电流/光电压光谱(IMPS/IMVS)、太阳模拟器和阻抗相机相结合的仪器。它配备了光校准器配件,可进行光透射测量和按需系统重新校准。

使用此仪器,您可以在不移动样品的情况下对其应用各种测量技术,而无需在不同的测量设置之间移动它。系统的核心部分是一个单色仪,具有两个输入狭缝和一个附加的镜子在炮塔上。在第一个单色仪入口处,连接了氙灯。它提供了连续的波长供应,并且是太阳模拟器的基础。第二个单色仪输入用于LED转轮,带有10个LED光源。LED转轮提供了用于时间尺度研究的光强度调制。 LED转轮的光线可以通过镜子或光栅定向到样品室。将LED转轮与光栅相结合可提供更好的光谱分辨率和广泛的光强度调制范围。
光源选择及其操作由软件控制。

该仪器测量的量:

    • 给定偏置电位下样品的电流(计时安培法,CA)
    • 光波长或暗条件下的开路电位(OCP)
    • 受太阳(AM 1.5G)或单色光照射的样品光电流
    • I-V特性曲线
    • 样品的透光率
    • 达到样品的入射光强度
    • 动作图(光电流作为电位和波长的函数)
    • 作为电位和波长函数的IPCE图
    • 作为电位和波长函数的APCE图(带有积分球)
    • 样品反射率(使用积分球)
    • 少数载流子寿命(复合时间)
    • 样品中载流子的传输时间
    • 通过界面的电荷传输速率
    • 扩散系数
    • 给定样品厚度的扩散长度
    • 给定扩散长度的样品厚度
    • 自洽电化学阻抗谱(EIS)
    • 非线性效应:高阶谐波生成,互调(输入两个频率导致输出的第三个频率),电流整流(样品的电阻取决于电流方向)
    • 其他动力学量
光谱仪模块系统

  1. 样品室
  2. 紫外可见和红外光单色器
  3. 电位计用于对电性能进行全面表征
  4. 150W氙灯及其控制器和水冷系统
  5. 电化学池带有Pt对电极(CE)和Ag/AgCl参比电极(RE)
  6. LED旋转器
  7. 阻抗摄像头
  8. FotoGUI软件
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样品室内部

电化学池的样品室

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样品室与积分球

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规格

仪器性能可以根据定制需求进行调整。

氙灯

  • 150瓦氙灯,
  • 水冷系统,
  • 低电磁辐射点火器,
  • 稳定模式:
    – 电流稳定(畸变<1%),
    – 电功率稳定,
    – 光强稳定(提供实验过程中恒定的样品照明的独特解决方案),
  • 样品上的最大辐射强度:35毫瓦/平方厘米

滤光轮

  • 旋转轮上可放置多达六个滤光片,
  • 默认提供两个边缘(长通)滤光片:400 nm 和 510 nm,
  • 空气质量 1.5G 滤光片,

恒电位仪

  • 偏压范围:-5 V ÷ 5 V,
  • 电流范围:10 nA、100 nA、1 µA、10 µA、100 µA、1 mA、10 mA,
  • 电流分辨率:从 1 pA 到 100 nA(取决于范围),

控制器

  • 最大采样率:1 kSample/s,
  • 与电脑连接:通过 USB 2.0,
  • 可同时处理两个光电二极管输入,
  • RS485 插口用于控制设备,

单色仪

  • 两个输入缝孔,用于两个独立的光源,
  • 自动光源选择,
  • 最多可容纳三个光栅在转塔上,
  • 默认安装了一个镜子和两个光栅:优化用于300纳米和500纳米,均为每毫米1200条凹槽,
  • 光谱范围:200 ÷ 1200 纳米(取决于光栅),
  • 通过软件操作的自动切换转塔位置,
  • 电机驱动的缝孔,通过软件控制,
  • 入口和出口缝孔开口范围:0 ÷ 5 毫米,
  • 电机驱动的内部快门,可通过软件提供光束的完全切断,
  • 最大光谱分辨率:0.1 纳米(取决于输入和输出缝孔的宽度),

LED 左轮手枪

  • 10个LED插槽,
  • 默认LED组:365纳米,385纳米,405纳米,450纳米,520纳米,590纳米,630纳米,740纳米,840纳米,白色(3000K),
  • 可选择自定义LED,
  • LED的典型电功率:3W,
  • 光强调制:方波,正弦波,三角波,锯齿波形,可调幅度和偏置光强,
  • 光调制频率范围:1微赫兹 ÷ 10千赫兹。

阻抗摄像机

  • 频率范围:1毫赫兹 ÷ 1兆赫兹,
  • 采样率:1.22千赫兹 ÷ 10兆赫兹,
  • 电流范围:1毫安,100微安,10微安,1微安,100纳安,10纳安,
  • 电流分辨率:<1皮安,
  • 电压范围:-1伏特 ÷ 1伏特,
  • 电压分辨率:<100微伏,

大型光电光谱仪的典型光强输出

光强度产生在样品上取决于输入和输出光缝的波长和宽度。在图片中,显示了一个典型的光强度,来自于 氙灯 和两个 1200 gr/mm 光栅:一个优化用于 300 nm,另一个优化用于 500 nm,安装在 单色仪 中。

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实验结果示例

量子效率图

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光波长和施加电位之间的光电流三维作用图

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光电流与时间的关系

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循环伏安法

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光波长与开路电位(OCP)的关系

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强度调制光电流光谱 (IMPS)

以下显示的测量结果是在KNO3电解质中,钛酸锶纳米晶在ITO箔上测得的。

光电流谱。

警告:所假设的电流符号约定是正常的,与静电电位法测量相反(世界上所有电位计采用的约定),后者采用了IUPAC(反向符号)约定。
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Nyquist(阿尔干德)图,显示光调制频率作为光电流的实部和虚部的函数。
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高次谐波的振幅。
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