Spettrometro fotoelettrico di grandi dimensioni per l'esplorazione di quantità statiche e cinetiche

Il grande spettrometro fotoelettrico è uno strumento che combina la funzionalità dello spettrometro fotoelettrico con la spettroscopia di fotocorrente/fototensione a modulazione di intensità (IMPS/IMVS), il simulatore solare e la telecamera a impedenza. È completato dall'accessorio Light Calibrator che consente di misurare la trasmissione della luce e di ricalibrare il sistema su richiesta.

Con questo strumento è possibile applicare varie tecniche di misura a un campione senza spostarlo tra i diversi setup di misura. La parte centrale del sistema è costituita da un monocromatore con due fenditure di ingresso e uno specchio aggiuntivo sulla torretta. Al primo ingresso del monocromatore è collegata la lampada allo xeno. Essa fornisce un'alimentazione continua di lunghezze d'onda ed è una base per un simulatore solare. Il secondo ingresso del Monocromatore è occupato da un Revolver LED con 10 sorgenti LED. Il LED Revolver fornisce la modulazione dell'intensità luminosa per le indagini su scala temporale. La luce del LED Revolver può essere diretta alla camera del campione attraverso lo specchio o il reticolo. La combinazione del LED Revolver con il reticolo offre una migliore risoluzione spettrale e un ampio intervallo di modulazione dell'intensità luminosa.
La selezione della sorgente luminosa e il suo funzionamento sono controllati via software.

Quantità misurate dallo strumento:
 Corrente elettrica attraverso il campione a un dato potenziale di polarizzazione (cronoamperometria, CA),
 Potenziale a circuito aperto (OCP) in funzione della lunghezza d'onda della luce o al buio,
Fotocorrente del campione illuminato con luce solare (AM 1,5G) o monocromatica,
Caratteristiche I-V,
Trasmittanza luminosa del campione,
Intensità della luce incidente che raggiunge il campione,
Mappe di azione (fotocorrente in funzione del potenziale e della lunghezza d'onda),
Mappe IPCE in funzione del potenziale e della lunghezza d'onda,
mappe APCE in funzione del potenziale e della lunghezza d'onda (con la sfera integratrice),
Riflettanza del campione (con la sfera integratrice),
Vita dei portatori di minoranza (tempo di ricombinazione),
Tempo di trasporto dei portatori attraverso il campione,
Velocità di trasferimento della carica attraverso le interfacce,
Costante di diffusione,
lunghezza di diffusione per un dato spessore del campione,
Spessore del campione per una data lunghezza di diffusione,
Spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) autoconsistente,
Effetti non lineari: generazione di armoniche superiori, intermodulazione (due frequenze in ingresso producono una terza frequenza in uscita), rettifica della corrente (la resistenza di un campione dipende dalla direzione della corrente),
Altre grandezze cinetiche.

Sistema del modulo dello spettrometro

Camera del campione,
Monocromatore per luce UV, VIS e IR,
Potenziostato per la caratterizzazione completa delle proprietà elettriche,
Lampada allo xeno con regolatore e sistema di raffreddamento ad acqua,
Cuvetta elettrochimica con controelettrodo di Pt (CE) ed elettrodo di riferimento Ag/AgCl (RE),
Revolver a LED,
Telecamera ad impedenza,
Software FotoGUI.

 

Specifiche tecniche

Le prestazioni dello strumento possono essere adattate a requisiti personalizzati.

Lampada allo xeno

Bruciatore allo xeno da 150 W,
Sistema di raffreddamento ad acqua,
Accenditore a bassa emissione di EM,
Modalità di stabilizzazione:
- stabilizzazione della corrente elettrica (distorsioni < 1%),
- stabilizzazione della potenza elettrica,
- stabilizzazione dell'intensità luminosa (soluzione unica per fornire un'illuminazione costante del campione durante l'esperimento),
Intensità massima di radiazione sul campione: 35 mW/cm2

Ruota filtrante

Fino a sei filtri sul carosello,
Due filtri di bordo (a passaggio lungo) forniti di default: 400 nm e 510 nm,
Filtro massa d'aria 1,5G,

Potenziostato

Intervallo di potenziale di bias: -5 V ÷ 5 V,
Intervalli di corrente: 10 nA, 100 nA, 1 µA, 10 µA, 100 µA, 1 mA, 10 mA,
Risoluzione di corrente: da 1 pA a 100 nA (in funzione dell'intervallo),

 

Controllore

Frequenza di campionamento massima: 1 kCampione/s,
Collegamento con il PC: tramite USB 2.0,
Due ingressi per fotodiodi che possono essere gestiti contemporaneamente,
Presa RS485 per il controllo dei dispositivi,

Monocromatore

Due fessure di ingresso per due sorgenti luminose separate,
Selezione automatica della sorgente luminosa,
Fino a tre griglie sulla torretta,
Uno specchio e due reticoli installati di default: ottimizzati per 300 nm e 500 nm, entrambi con 1200 scanalature/mm,
Gamma spettrale: 200 ÷ 1200 nm (a seconda dei reticoli),
Commutazione automatica della posizione della torretta, gestita via software,
Fenditure motorizzate, controllate via software,
Campo di apertura delle fessure di ingresso e di uscita: 0 ÷ 5 mm,
Otturatore interno motorizzato che garantisce l'interruzione totale del fascio di luce, controllato via software,
Risoluzione spettrale massima: 0,1 nm (dipende dalla larghezza delle fenditure di ingresso e di uscita),

Rivolgitore LED

 10 slot per LED,
Set di LED predefinito: 365 nm, 385 nm, 405 nm, 450 nm, 520 nm, 590 nm, 630 nm, 740 nm, 840 nm, bianco (3000 K),
Selezione LED personalizzata disponibile,
Potenza elettrica tipica dei LED: 3W,
Modulazione dell'intensità luminosa: forme d'onda quadrate, sinusoidali, triangolari, a dente di sega con ampiezza e intensità luminosa di polarizzazione regolabili,
Gamma di frequenza di modulazione della luce: 1 µHz ÷ 10 kHz.

Telecamera a impedenza

Gamma di frequenza: 1 mHz ÷ 1 MHz,
Frequenze di campionamento: 1,22 kHz ÷ 10 MHz,
Campi di corrente: 1 mA, 100 μA, 10 μA, 1 μA, 100 nA, 10 nA,
Risoluzione di corrente: < 1 pA,
Intervallo di tensione: -1 V ÷ 1 V,
Risoluzione di tensione: < 100 μV,

Intensità luminosa tipica dello spettrometro fotoelettrico di grandi dimensioni

L'intensità luminosa prodotta sul campione dipende dalla lunghezza d'onda e dalla larghezza delle fenditure di ingresso e di uscita. Nell'immagine, un'intensità luminosa tipica della lampada allo xeno e di due reticoli da 1200 gr/mm: ottimizzati per 300 nm e per 500 nm installati nel monocromatore.