表面光电压是固体表面的光生伏特效应，是光致电子跃迁的结果。表面光电压的研究始于20世纪40年代末诺贝尔获奖者Brattain和Bardeen的工作，之后这一效应作为光谱检测技术应用于半导体材料的特征参数和表面特性研究上，这种光谱技术被称为表面光电压技术（Surface Photovoltaic Technique，SPV）或表面光电压谱（Surface Photovoltage Spectroscopy，简称SPS）。^[8,9]表面光电压技术是一种研究半导体特征参数的极佳途径，这种方法是通过对材料光致表面电压的改变进行分析来获得相关信息的。1973年，表面光电压研究获得重大突破，美国麻省理工学院Gatos教授领导的研究小组在用低于禁带宽度能量的光照CdS表面时历史性的第一次获得入射光波长与表面光电压的谱图，并以此来确定表面态的能级，从而形成了表面光电压谱这一新的研究测试手段。^[10,11]

SPS作为一种光谱技术具有许多优点：^[7]第一，它是一种作用光谱，可以在不污染样品、不破坏样品形貌的条件下直接进行测试，也可测定那些在透射光谱仪上难以测试的光学不透明样品；第二，SPS所检测的信息主要反映的是样品表层（一般是几十纳米）的性质，因此受基底的影响较弱，这一点对于光敏材料表面的性质及界面电子过程研究显然很重要；第三，由于SPS的原理是基于检测由入射光诱导的表面电荷的变化，因而其具有较高的灵敏度,大约是10⁸ q/cm²（或者说每10⁷个表面原子或离子有一个单位电荷），高于XPS或Auger电子能谱等标准光谱或能谱几个数量级。表面光电压谱可以给出诸如表面能带弯曲，表面和体相电子与空穴复合，表面态分布等信息，是在光辅助下对电子与空穴分离及传输行为研究的有力手段，是评价光催化材料活性的一个十分有效的方法。

那表面光电压是如何产生的呢？当两个具有不同功函数的材料接触时，由于它们的化学势不同，在界面附近会发生相互作用，电子会从费米能级高的物体向费米能级低的物体转移。n型半导体的费米能级比金属的费米能级高，因此当二者接触时，半导体中的电子向金属运动，直至达到平衡状态，从而在半导体表面形成电子耗尽层，使得表面能带向上弯曲。相反的，p型半导体的费米能级比金属的费米能级低，当二者接触时，金属中的电子向半导体运动，半导体表面形成空穴耗尽层，使得表面能带向下弯曲。在光照条件下，半导体将在其表面附近产生非平衡的载流子（电子或空穴），非平衡载流子在表面和体相内重新分布，并中和部分表面电荷，从而使半导体表面静电荷发生变化。为了保持体系电中性，表面空间电荷区的电荷会发生重新分布，相应的表面势发生改变。这个表面势垒的改变量即为表面光电压，它的数值取决于被测样品表面静电荷的变化。

能够产生表面光电压的光致电子跃迁主要有三种^[12]：带－带跃迁、亚带隙跃迁及表面吸附质向半导体的光致电荷注入。当入射光的能量大于或等于半导体的能隙宽度时，半导体吸收光子，电子从半导体价带向导带跃迁产生电子－空穴对，在表面势的作用下，电子－空穴对发生分离，空间电荷重新分布，最终结果使得表面电荷减少，能带弯曲变小，产生表面光电压。而当入射光能量小于半导体能隙宽度时，将产生电子从价带向表面态的跃迁或从表面态向导带的跃迁，这种跃迁也会使表面电荷发生改变，引起表面能带弯曲的变化，也可以产生表面光电压。另外一种表面光电压的产生过程与表面吸附质有关，由于吸附在半导体表面的物质能够吸收光子并与半导体进行直接或间接电荷交换，也能引起半导体空间电荷层电荷的变化，从而引起表面势垒的变化，即产生表面光电压。