光电原子力显微镜

光电原子力显微镜(PC-AFM)是原子力显微镜的一种变体，除了表面力外，还可以测量光电导率。

自1980年代中期以来，多层光伏电池已广受欢迎。当时，研究主要集中在两个电极之间的单层光伏(PV)器件上，其中光伏特性在很大程度上取决于电极的性质。此外，众所周知，单层光伏器件的填充因子很差。该特性主要归因于作为有机层特征的电阻。pc-AFM的基础是对传统AFM的修改，并专注于在PV表征中使用pc-AFM。在pc-AFM中，主要修改包括：第二个照明激光器、倒置显微镜和中性密度滤光片。这些组件有助于精确对准样品内的照明激光和AFM尖端。对PV效应的最初探索可以归功于HenriBecquerel在1839年发表的研究。贝克勒尔注意到，当他将铂电极浸入氯化银或溴化银的水溶液中时，光照后会产生光电流。20世纪初，波切蒂诺和沃尔默研究了xxx种有机化合物蒽，并在其中观察到了光电导性。蒽由于其已知的晶体结构及其在高纯度单蒽晶体中的商业可用性而被大量研究。由于在这些染料中发现了PV效应，仅在1960年代初期才开始研究有机染料（如亚甲蓝）的光电导特性。在进一步的研究中，确定了重要的生物分子，如叶绿素、胡萝卜素、其他卟啉以及结构相似的酞菁也表现出PV效应。尽管已经研究了许多不同的混合物，但市场仍以无机太阳能电池为主，其价格略高于有机太阳能电池。常用的无机基太阳能电池包括晶体、多晶和无定形衬底，例如硅、硒化镓、砷化镓、铜铟镓硒和碲化镉。随着对廉价、清洁能源的高需求持续增长，有机光伏(OPV)设备（有机太阳能电池）已被广泛研究，以帮助减少对化石燃料的依赖并控制温室气体（尤其是CO2、NOx和SOx)。2010年全球对太阳能的需求增长了54%，而仅美国在2010年就安装了超过2.3吉瓦的太阳能。使得OPV成为解决这一问题的有希望的候选者的一些属性包括其低成本生产、吞吐量、耐用性及其化学可调的电气特性以及温室气体产生的显着减少。几十年来，研究人员一直认为xxx功率转换效率(PCE)很可能保持在0.1%以下。直到1979年，唐才报道了一种两层薄膜光伏器件，最终产生了1%的功率转换效率。唐的研究发表于1986年，这使得其他人能够破译许多限制对OPV所涉及过程的基本理解的问题。后来的研究主要集中在聚（3-己基噻吩）（P3HT）和苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）的复合共混物上。这一点，连同对富勒烯的研究，决定了多年来与OPV相关的大多数研究。在最近的研究中，基于聚合物的体异质结太阳能电池，与低带隙供体-受体共聚物一起，已经为基于PCBM的OPV器件创建了。与其他高效聚合物相比，这些低带隙供体-受体共聚物能够吸收更高百分比的太阳光谱。由于这些共聚物能够针对特定的光学和电学特性进行调整，因此已被广泛研究。迄今为止，xxx的OPV设备的xxx功率转换效率约为8.13%。这种低功率转换效率与纳米级薄膜形态的差异直接相关。薄膜形态的解释包括电荷的复合和/或俘获、低开路电压、异质界面、晶界和相分离域。许多这些问题源于对纳米级电光特性的认识不足。在许多研究中，已经观察到电学和光学特性的异质性会影响器件性能。OPV中出现的这些异质性是制造过程的结果，例如退火时间，这将在下面进行解释。直到最近，用于表征这些OPV的显微镜方法包括原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)和扫描透射X射线显微镜(STXM)。这些方法在识别薄膜表面的局部形态方面非常有用，但缺乏提供有关局部光电流产生和最终器件性能的基本信息的能力。为了获得连接电学和光学特性的信息，使用电扫描探针显微镜(SPM)是一个活跃的研究领域。静电力显微镜(EFM)和扫描开尔文探针显微镜(SKPM)已被用于研究电子注入和电荷俘获效应，导电原子力显微镜已广泛用于表征光伏富勒烯混合物和有机薄膜的局部电特性，但没有报道显示使用c-AFM来显示有机薄膜中的光电流分布。SPM设备的最新变体包括(tr-EFM)和光电导AFM(pc-AFM)。这两种技术都能够以纳米级分辨率获得有关光致充电率的信息。pc-AFM优于tr-ERM的优势在于每种方法可获得的xxx分辨率。pc-AFM可以以大约20nm的分辨率绘制光电流分布图，而tr-EFM此时只能获得50-100nm的分辨率。另一个需要注意的重要因素是虽然tr-EFM能够表征有机太阳能电池中的薄膜，光电原子力显微镜的起源是由于GerdBinnig和HeinrichRohrer在STM上所做的工作，他们因此获得了1986年的诺贝尔物理学奖。他们制造了一种称为扫描隧道显微镜(STM)的仪器，并证明STM提供了表面原子尺度上的形貌。这种显微镜技术产生的分辨率几乎等于扫描电子显微镜(SEM)。

光电导原子力显微镜(pc-AFM)的基本原理是基于传统原子力显微镜(AFM)的原理，其中超细金属尖端扫描材料表面以量化拓扑特征。所有类型的AFM技术的工作场所在很大程度上取决于AFM悬臂、金属尖端、扫描压电管和反馈回路的基本原理，该反馈回路从激光器传输信息，引导探针在样品表面的运动。尖端的超精细尺寸和尖端扫描表面的方式产生了500nm或更小的横向分辨率。在AFM中，悬臂和尖端充当弹簧上的质量。当力作用在弹簧（悬臂）上时，弹簧响应与力的大小直接相关。k定义为悬臂的力常数。作用在尖端上的力使得弹簧（悬臂）保持柔软，但响应施加的力，具有可检测的共振频率fo。在胡克定律中，k是悬臂的弹簧常数，mo定义为作用在悬臂上的质量：悬臂本身的质量和尖端的质量。fo和弹簧常数之间的关系使得k必须非常小才能使弹簧变软。由于k和mo是一个比率，所以mo的值也必须减小以增加比率的值。以这种方式操纵这些值提供了必要的高谐振频率。典型的mo值的大小为10-10kg，并产生大约2kHz的fo。几个力影响悬臂的行为：吸引和排斥范德华力，以及静电排斥。这些力的变化由引导激光监测，该激光从悬臂背面反射并由光电探测器检测。样品表面上的原子与AFM尖端处的原子之间的吸引力将悬臂尖端拉近表面。当悬臂尖端和样品表面在几埃范围内时，静电相互作用会产生排斥力。悬臂也施加了一个力，向下压在尖端上。悬臂施加的力的大小取决于其运动的方向，无论是被样品表面吸引还是排斥当悬臂尖端与表面接触时，尖端点的单个原子与表面上的原子表现出Lennard-Jones势。原子表现出吸引力直到某一点，然后经历相互排斥。已对这项早期工作进行了修改，以对导电和非导电材料进行AFM分析。导电原子力显微镜(c-AFM)就是这样一种修饰技术。c-AFM技术通过测量来自偏置尖端和样品的电流波动来操作，同时测量地形特征的变化。在AFM的所有技术中，可以使用两种操作模式：接触模式和非接触模式。在c-AFM中，共振接触模式用于从偏置AFM尖端和样品表面之间测量的电流中获得形貌。在这种类型的操作中，电流是在尖端和样品表面之间的小空间中测量的。这种量化是基于流过样品的电流与层厚度之间的关系。上式中，Aeff为注入电极处的有效发射面积，q为电子电荷，h为普朗克常数，meff/m0=0.5，即样品导带内电子的有效质量，d是样品厚度，Φ是势垒高度。符号β，场增强因子，说明所用尖端的非平面几何形状。所有AFM技术的准确性都严重依赖于样品扫描管，即压电管。压电管扫描仪负责样品分析期间尖端位移的方向，并取决于分析模式。压电元件要么正交排列，要么制成圆柱体。在所有技术中，样品形貌都是通过x和y压电体的移动来测量的。在执行非接触模式pc-AFM时，压电管阻止探头在x和y方向移动，并在z方向测量样品表面和导电尖端之间的光电流。压电管的原理取决于压电材料如何与施加到管内部或外部的电压发生反应。当电压施加到连接到扫描仪的两个电极上时，管子会膨胀或收缩，从而导致AFM尖端在该运动方向上运动。当压电管位移一个角度θ时，说明了这种现象。当管子移动时，在传统AFM中固定在管子上的样品相对于AFM尖端产生横向平移和旋转，因此尖端在x和y方向上产生移动。管子在z方向上移动。压电管的运动与AFM尖端位移方向之间的关系假定管是完全对称的。当没有电压施加到管子时，z轴对称地平分管子、样品和样品台。当在管子外部施加电压（x和y运动）时，管子的膨胀可以理解为圆弧。在这个方程中，r项表示压电管的外半径，R是施加电压时管的曲率半径，θ是管的弯曲角，L是管的初始长度，ΔL是施加电压后延长管子。近年来，AFM在非导电样品(c-AFM)上的应用已演变为用于局部尺度形态分析的改进，特别是多层样品异质结的形态分析。光电导原子力显微镜(pc-AFM)在有机光伏器件(OPV)的开发中尤为普遍。c-AFM对pc-AFM的基本修改是增加了照明源和倒置显微镜，将激光聚焦到导电AFM尖端正下方的纳米级点。照明激光点的主要概念是它必须足够小以适应超薄膜的范围。这些特性是通过使用单色光源和激光滤光片来实现的。在OPV应用中，当与获得的地形数据重叠时，导电尖端和照明激光器的组合提供了垂直分辨率在0到10pA范围内的光电流图像。这种修改的另一个独特之处是通过将尖端和样品之间的电流与各种参数（包括：激光波长、施加电压和光强度）进行比较而收集的光谱数据。还报道了pc-AFM技术以80nm的垂直分辨率检测局部表面氧化。

光电原子力显微镜所涉及的仪器与传统AFM或改进的导电AFM所需的仪器非常相似。pc-AFM与其他类型的AFM仪器的主要区别在于通过倒置显微镜物镜聚焦的照明源和位于照明源附近的中性密度滤光片。pc-AFM的技术参数与传统的AFM技术相同。本节将重点介绍AFM所需的仪器，然后详细说明pc-AFM修改的要求。所有AFM技术的主要仪器组件是导电AFM悬臂和尖端、改进的压电组件和样品基板。用于光电导修饰的组件包括：照明源（532nm激光）、滤光片和倒置显微镜。在为PC应用修改传统AFM时，必须将所有组件组合在一起，使它们不会相互干扰，并且各种噪声源和机械干扰不会破坏光学组件。在传统仪器中，载物台是一个圆柱形压电管扫描仪，可将机械噪声的影响降至最低。大多数圆柱形压电体的长度在12到24毫米之间，直径在6到12毫米之间。压电管的外部涂有一层薄薄的导电金属，因此该区域可以承受电场。圆柱体内部被非导电金属条分成四个区域（x和y区域）。电引线固定在圆柱体的一端和外壁上，以便可以施加电流。当向外部施加电压时，圆柱体沿x和y方向膨胀。沿管内部的电压导致圆柱体在z方向上膨胀，从而导致尖端在z方向上移动。压电管的位置取决于执行的AFM类型和分析模式。然而，z压电必须始终固定在尖端和悬臂上方以控制z运动。这种配置在c-AFM和pc-AFM修改中最常见，以便为放置在扫描台下方的其他仪器组件腾出空间。对于pc-AFM尤其如此，它必须将压电元件布置在悬臂和尖端上方，以便照明激光可以透过样品。使用施加的电压在一些配置中，压电元件可以布置成三脚架设计。在这种类型的设置中，x、y和z分量彼此正交排列，它们的顶点连接到可移动的枢轴点。与圆柱形压电类似，在三脚架设计中，电压被施加到与尖端位移的适当方向相对应的压电上。在这种类型的设置中，样品和基板安装在z压电元件的顶部。当使用x和y压电元件时，正交设计使它们推压z压电的底部，从而使z压电围绕固定点旋转。向z压电体施加电压会使管子在其枢轴点上上下移动。AFM仪器的其他基本组件包括AFM尖端模块，其中包括：AFM尖端、悬臂和引导激光器。当压电管位于悬臂和尖端上方时，引导激光通过管聚焦到位于悬臂尖端的镜子上。引导激光从镜子反射并由光电探测器检测。当作用在尖端上的力发生变化时，激光会感应到。这种现象的反射激光束到达检测器。该检测器的输出作为对力变化的响应，悬臂调整尖端的位置，同时保持作用在尖端上的力恒定。导电AFM(c-AFM)的仪器随着对高分辨率材料局部电性能的测量而发展。基本组件是：压电管、引导激光器、导电尖端和悬臂。尽管这些组件与传统AFM相同，但它们的配置是为在局部范围内测量表面电流而量身定制的。如前所述，压电管可以放置在样品上方或下方，具体取决于仪器的应用。在c-AFM的情况下，排斥接触模式主要用于在样品沿x和y方向移动时从表面获取电流图像。将z压电放置在悬臂上方可以在分析过程中更好地控制悬臂和尖端。包含导电尖端和悬臂的材料可以针对特定应用进行定制。使用金属涂层悬臂、金线、全金属悬臂和金刚石悬臂。在许多情况下，金刚石是悬臂和/或尖端的首选材料，因为它是一种极硬的材料，在环境条件下不会氧化。c-AFM和STM仪器之间的主要区别在于，在c-AFM中，偏置电压可以直接施加到纳米结构（尖端和基板）上。另一方面，在STM中，施加的电压必须在STM探针和表面之间的真空隧道间隙内得到支持。光电原子力显微镜的主要组件和仪器与pc-AFM模块所需的相同。xxx的修改是位于样品基板下方的照明源、滤光片和倒置显微镜物镜。事实上，大多数pc-AFM仪器都是从现有的cp-AFM仪器简单修改而来的。这种仪器修改的xxx份报告出现在2008年。在那篇论文中，Lee和同事实施了上述修改来检查光电流成像的分辨率。他们的设计包括三个主要单元：导电镜板、转向镜和激光源。先前存在的c-AFM仪器的主要困难是无法表征光子器件的技术。具体来说，很难测量由光子效应引起的局部和纳米级电特性的变化。光学照明组件（激光）被添加到c-AFM模块中，以使这些特性可见。在开发早期，有关pc-AFM的主要问题包括：物理配置、激光干扰和激光对准。尽管许多这些问题已经得到解决，pc-AFM模块仍然从c-AFM和传统AFM仪器进行了广泛修改。xxx个主要关注点涉及组件配置以及在狭窄的c-AFM模块中是否有足够的物理空间进行修改。组件配置必须是激光照明组件的添加不会对其他单元造成干扰。照明激光器和引导激光器之间的相互作用也是一个问题。解决这两个问题的xxx个尝试是在样品尖端和表面之间放置一个棱镜，这样棱镜将允许照明激光在棱镜和激光之间的界面处反射，从而聚焦到样品上的局部光点表面。然而，棱镜空间不足以及在引入棱镜时会产生多次光反射，这需要不同的配置概念。Lee等人构建的模块。实施了一个倾斜的镜板，该镜板位于样品基板下方。该导电镜倾斜45°，并成功地将照明激光反射到导电尖端正下方的聚焦点。转向镜被用作控制激光源轨迹的一种手段，通过这种添加，可以轻松调整样品上反射光束的位置，以便放置在AFM尖端下方。照明激光源是二极管泵浦固态激光系统，它在样品中产生532nm的波长和1mm的光斑。由于提高了样品基板，在样品基板下方添加了镜子和激光导致更高的扫描水平。此配置对任何其他仪器组件没有影响，也不影响AFM性能。这一结果通过在放置和不放置镜子和激光的情况下拍摄的相同地形图像得到证实。这种特殊的设置需要分离x、y和z压电扫描仪。压电管的分离消除了传统AFM中常见的xz交叉耦合和扫描尺寸误差。此外，没有证据表明引导激光器和照射激光器之间存在激光干扰。波长为650nm的引导激光从垂直轨迹撞击导电悬臂背面的反射镜，并从悬臂反射到位置敏感光电探测器(PSPD)。另一方面，照明光束从样品平台下方行进，并被反射镜反射到位。镜板的角度确保光束不会延伸超过样品表面。导电AFM尖端很容易在反射的照明光束上对齐。据报道，样品中的激光光斑大小为1毫米，可以使用AFM记录设备找到。这种技术的一个方便之处在于，激光对准仅对z方向的成像是必需的，因为光电流是在这个方向上映射的。因此，可以使用普通AFM/c-AFM进行x和y方向的分析。Lee等人提出的工具模块。由1毫米厚的照明激光产生光斑尺寸。最近的应用改变了Lee的设计，以减小光斑尺寸，同时增加这种激光的强度。最近的仪器已经用倒置显微镜和中性密度滤光片取代了角度镜。在该设备中，x和y压电、照明激光和倒置显微镜被限制在样品基板下方，而z压电保持在导电悬臂之上。在Ginger等人的应用中。添加了中性密度滤光片以增加激光衰减，并通过添加倒置显微镜提高了激光对准的精度。最常见的pc-AFM设置之一包含一个光源，该光源在可见光谱中与铟锡氧化物(ITO)半导体层（用作底部阴极）一起发射。在pc-AFM研究中，通常使用镀金硅AFM探针作为顶部阳极。该电极在其中携带相对较小的电流，能够在样品材料内产生纳米级孔，两个电极能够检测到由于从顶部电极到底部电极的流动而导致的相对较小的电导变化。这些元素的组合产生了10到108W/m2范围内的激光强度，并将激光光斑的尺寸减小到亚微米尺寸，从而使该技术可用于纳米薄OPV薄膜的应用。

尽管对OPV的工作原理有重要的了解，但仍难以将设备的功能与局部薄膜结构联系起来。这种困难可能归因于OPV内给定点的最小电流生成。通过pc-AFM，可以在纳米级探测OPV器件，并有助于增加我们对纳米级OPV所涉及机制的基本知识。pc-AFM能够收集信息，例如光电流的映射、薄膜形态的差异、供体-受体域的确定、电流密度-电压图、量子效率和近似的电荷载流子迁移率。pc-AFM的其他显着特征之一是它能够同时提供有关纳米级器件的拓扑和光电流特性的信息。使用这种同时采样方法，样品处理被最小化并且可以提供更准确的结果。在Pingree等人的一项研究中，使用pc-AFM来测量光电流生成中的空间偏差如何通过不同的处理技术发展。作者能够将这些光电流变化与退火过程的持续时间进行比较。他们得出的结论是，延长退火时间可以改善纳米级相分离，并创造出更有序的器件。退火过程的实际时间因所用聚合物的特性而异。作者已经表明，外部量子效率(EQE)和功率转换效率(PCE)水平在特定退火时间达到xxx值，而电子和空穴迁移率没有显示出相应的趋势。因此，虽然延长退火时间可以增加OPV内的光电流，但存在实际限制，在此之后可能不会带来实质性的好处。除了功能特性外，pc-AFM还可以与拉曼或红外(IR)光谱结合使用来询问OPV的成分异质性，这对于研究它们的降解特别有价值。在最近的研究中，已使用pc-AFM来收集有关使用量子点的光活性区域的信息。因为如果它们的相对易用性以及尺寸可调的激发属性，量子点通常被用作光电器件中的敏化剂。作者通过实施pc-AFM研究了埋入砷化铟(InAs)量子点等亚表面基础的光响应。通过使用pc-AFM，可以以非破坏性方式记录有关量子点尺寸以及量子点在设备内的分散情况的信息。然后，该信息可用于显示与薄膜形态内的异质性相关的光活性的局部变化。

在进行pc-AFM研究时，OPV的样品制备至关重要。建议采样基板对照射在其上的光源具有导电性和透明性。许多研究已使用ITO涂层玻璃作为其导电基板。然而，由于ITO的高成本，已经尝试使用其他半导体层，例如氧化锌(ZnO)和碳纳米管作为ITO的替代品。尽管这些半导体相对便宜，但高质量的ITO层仍被广泛用于PV应用。聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸盐），通常称为PEDOT:PSS，是一种透明的聚合物导电层，通常位于ITO和有源OPV层之间。PEDOT：PSS是一种导电聚合物，在各种外加电荷下都是稳定的。在大多数研究中，PEDOT:PSS在对ITO进行等离子清洗后直接旋涂到涂有ITO的玻璃基板上。等离子清洗以及卤酸蚀刻已被证明可以改善基材的表面均匀性和导电性。然后将该PEDOT:PSS层与ITO退火，然后将OPV层旋涂到基板上。Pingree等人的研究。已经显示了退火时间与峰值和平均光电流产生之间的直接相关性。一旦将此OPV薄膜旋涂到基板上，然后在70至170°C的温度下进行退火，时间长达一小时，具体取决于程序和所使用的OPV。在对ITO进行等离子清洗后，PSS直接旋涂到涂有ITO的玻璃基板上。等离子清洗以及卤酸蚀刻已被证明可以改善基材的表面均匀性和导电性。然后将该PEDOT:PSS层与ITO退火，然后将OPV层旋涂到基板上。Pingree等人的研究。已经显示了退火时间与峰值和平均光电流产生之间的直接相关性。一旦将此OPV薄膜旋涂到基板上，然后在70至170°C的温度下进行退火，时间长达一小时，具体取决于程序和所使用的OPV。在对ITO进行等离子清洗后，PSS直接旋涂到涂有ITO的玻璃基板上。等离子清洗以及卤酸蚀刻已被证明可以改善基材的表面均匀性和导电性。然后将该PEDOT:PSS层与ITO退火，然后将OPV层旋涂到基板上。Pingree等人的研究。已经显示了退火时间与峰值和平均光电流产生之间的直接相关性。一旦将此OPV薄膜旋涂到基板上，然后在70至170°C的温度下进行退火，时间长达一小时，具体取决于程序和所使用的OPV。然后在将OPV层旋涂到基板上之前，将PSS层退火到ITO。Pingree等人的研究。已经显示了退火时间与峰值和平均光电流产生之间的直接相关性。一旦将此OPV薄膜旋涂到基板上，然后在70至170°C的温度下进行退火，时间长达一小时，具体取决于程序和所使用的OPV。然后在将OPV层旋涂到基板上之前，将PSS层退火到ITO。Pingree等人的研究。已经显示了退火时间与峰值和平均光电流产生之间的直接相关性。一旦将此OPV薄膜旋涂到基板上，然后在70至170°C的温度下进行退火，时间长达一小时，具体取决于程序和所使用的OPV。

最近开发的基于四苯并卟啉(BP)和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)的OPV系统详细解释如下。在本研究中，BP的前体(1,4:8,11:15,18:22,25-tetraethano-29H,31H-tetrabenzo[b,g,l,q]porphyrin(CP)溶液被用作起始膜，并进行热退火，导致CP转化为BP。BP：富勒烯层用作器件内的未掺杂层。对于表面测量，未掺杂层用几滴氯仿冲洗并旋转干燥直到BP网络暴露在施主/受主界面。对于本体异质结表征，将额外的富勒烯溶液旋涂到未掺杂层上，然后沉积一层薄薄​​的氟化锂，然后将铝或金阴极与器件进行热退火。沉积氟化锂薄层有助于防止器件氧化。控制这些层的厚度在PV电池效率的产生中起着重要作用。通常，有源层的厚度通常小于100nm以产生光电流。这种对层厚度的依赖性是由于电子能够在所施加的电场内以激子扩散长度的数量级移动距离的概率。光伏器件中使用的许多有机半导体对水和氧敏感。这是由于暴露在这些条件下时可能发生光氧化。样品制备完成后，将样品放置到pc-AFM模块的扫描台上。该扫描台用于xy压电平移，在使用z压电扫描仪时完全独立于z方向。该扫描仪内的压电材料将施加电位的变化转换为机械运动，从而以纳米分辨率和精度移动样品。z压电扫描仪的功能有两种变体；一种是接触模式，另一种是敲击模式。许多商业AFM悬臂尖端具有提供给客户的预先测量的共振频率和力常数。随着采样的进行，悬臂尖端的位置发生变化，这导致扫描激光波长(650nm)偏离其在检测器上的原始位置。然后z压电扫描仪识别出这种偏差并垂直移动以将激光点返回到其设定位置。z压电扫描仪的这种垂直运动与电压变化相关。接触模式下的采样依赖于尖端和表面之间的分子间力，如范德华力所示。随着采样开始，尖端移动靠近样品，在它们之间产生微弱的吸引力。

另一个在接触模式中经常出现的力是由于样品表面的水合作用而产生的毛细力。这种力是由于水接触尖端的能力，因此产生了不希望的吸引力。毛细管力以及其他几个尖端污染源是采样时观察到的分辨率降低的关键因素在确定哪种模式最适合给定应用的采样时，需要考虑一些因素。已经表明，在接触模式下对非常柔软的样品进行采样会损坏样品并使其无法用于进一步的研究。非接触式采样对样品的破坏性较小，但吸头更容易脱离与表面的接触，因此可能无法记录数据。由于压电滞后，还可以看到尖端的漂移，由于施加的电场引起的分子摩擦和极化效应导致位移。重要的是要注意分辨率和尖端半径曲率之间的相关性。Binning和Rohrer使用的早期STM尖端相当大，半径在几百纳米到1微米之间。在最近的工作中，尖端曲率半径被提到为10-40nm。通过减小尖端的曲率半径，它可以增强对OPV表面形态内偏差的检测。由于针尖圆化，针尖经常需要更换，这会导致分辨率下降。尖端变圆是由于尖端顶点处存在的最外层原子的损失，这可能是由于施加过大的力或样品的特性造成的。由于AFM尖端的半径极小，可以使照明源聚焦得更紧密，从而提高其效率。pc-AFM的典型配置包含低功率532nm激光器(2–5mW)，其光束被位于扫描台下方的镜子反射。通过使用电荷耦合器件(CCD)，可以轻松地将尖端直接定位在激光光斑上。氙弧灯也被广泛用作照明源，但在最近的工作中并不典型。在Coffey等人的一项研究中，两种不同波长（532nm和405nm）的激光照射到同一样品区域。通过这项工作，他们展示了具有相同对比度的图像，这证明了光电流变化与空间吸光度变化的关系较小。大多数采样程序通常从获取样本的暗电流图像开始。暗电流被称为OPV在没有照明源的情况下产生的光电流。悬臂和尖端在样品上简单地进行光栅扫描，同时获得地形和电流测量值。然后可以将该数据用作参考，以确定照明过程对OPV的影响。短路测量也通常在OPV设备上执行。这包括在开电流下接合照明源（即施加到样品的电势为零）。Nguyen和工作人员指出，正光电流读数与空穴传导相关，而负光电流读数与电子传导相关。已经采用了几种方法来帮助减少系统内的机械和声学振动。机械振动主要归因于进出建筑物的交通由于建筑物支撑的阻尼降低，其他机械振动源经常出现在建筑物的较高楼层。通过使用隔振台可以轻松控制这种振动噪声源。声学振动比机械振动更常见。这种类型的振动是乐器附近的空气运动（例如风扇或人声）的结果。已经开发了几种方法来帮助减少这种振动源。一个简单的解决方案是将电子元件与舞台分离。这种组件分离的原因是由于电气设备内的冷却风扇。在运行时，风扇会在系统内产生恒定的振动噪声源。在大多数情况下，仍需要采用其他方法来帮助减少这种噪声源。例如，可以将仪器放置在由消音材料制成的密封盒内。较小的级还导致与声学振动碰撞的表面积较小，从而减少了记录的噪音。更深入的解决方案包括去除仪器上的所有锋利边缘。这些锋利的边缘会激发压电材料内的共振，从而增加系统内的噪声。仍然需要采用其他方法来帮助减少这种噪声源。例如，可以将仪器放置在由消音材料制成的密封盒内。较小的级还导致与声学振动碰撞的表面积较小，从而减少了记录的噪音。更深入的解决方案包括去除仪器上的所有锋利边缘。这些锋利的边缘会激发压电材料内的共振，从而增加系统内的噪声。仍然需要采用其他方法来帮助减少这种噪声源。例如，可以将仪器放置在由消音材料制成的密封盒内。较小的级还导致与声学振动碰撞的表面积较小，从而减少了记录的噪音。更深入的解决方案包括去除仪器上的所有锋利边缘。这些锋利的边缘会激发压电材料内的共振，从而增加系统内的噪声。更深入的解决方案包括去除仪器上的所有锋利边缘。这些锋利的边缘会激发压电材料内的共振，从而增加系统内的噪声。更深入的解决方案包括去除仪器上的所有锋利边缘。这些锋利的边缘会激发压电材料内的共振，从而增加系统内的噪声。