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太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率是衡量光電催化分解水過(guò)程中的主要參數(shù),，是反映光電催化分解水體系性能的重要參數(shù)。目前,，入射光子數(shù)-電流轉(zhuǎn)化效率（Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency,，IPCE）是光電催化分解水體系主要四種表示方式的一種。IPCE可看作分析診斷效率,，可提供影響光電極反應(yīng)效率因素的信息^[1]。 

光電催化三電極反應(yīng)體系中,，IPCE用于表征材料的光電極反應(yīng)效率與光功率,、波長(zhǎng)及電極電勢(shì)的關(guān)系。

圖1 光電催化三電極反應(yīng)體系

◆定義及計(jì)算公式 

IPCE定義為單位時(shí)間內(nèi)外電路中產(chǎn)生的電子數(shù)N_e與單位時(shí)間內(nèi)的入射單色光子數(shù)N_p之比,，計(jì)算公式如下：

I：外電路電流值（A） 

h：普朗克常量（6.62×10^-34 J·s） 

c：光速（3.0×10⁸ m/s） 

e：?jiǎn)蝹€(gè)電子帶電量（1.6×10^-19 C） 

E：電極所受到的光功率（W） 

λ：入射光波長(zhǎng)（m） 

簡(jiǎn)化后得：

特別注意： 

①E是電極所受到的光功率,，單位為W，在AQY和STH的計(jì)算中使用的是光功率密度,，單位為mW/cm²,。 

②當(dāng)光斑大小與電極尺寸大小一致時(shí)，無(wú)需考慮光斑不均勻的問(wèn)題,，但如果是使用氙燈等光斑不均勻的光源時(shí),，需要計(jì)算光斑的平均光功率。關(guān)于不均勻光斑的光功率密度測(cè)量,，后續(xù)會(huì)進(jìn)行單獨(dú)介紹,。 

◆測(cè)量方法 由公式（2）可知，IPCE的計(jì)算需要確認(rèn)外電路電流值I,、電極所受到的光功率E和入射光波長(zhǎng)λ,。 

①外電路電流值I 在光照條件下，光電極材料受光照后會(huì)產(chǎn)生光生電流,，通過(guò)電化學(xué)工作站可以測(cè)得不同電勢(shì)下的光生電流值,。因電極材料本身為導(dǎo)體/半導(dǎo)體，故在非受光條件下電流并不為零,，即I暗0,，為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，當(dāng)暗電流較大時(shí),，需進(jìn)行基底扣除,，即在同一電勢(shì)下，測(cè)定光電流與暗電流,，然后進(jìn)行基底扣除,。即I=I_光-I_暗。 

②電極所受到的光功率E,、入射光波長(zhǎng)λ 為保證計(jì)算準(zhǔn)確,，應(yīng)選擇窄帶波光源,，即FWHM≤10 nm半波帶寬（Full Width at half Maxima，F(xiàn)WHM）^[2]建議選擇單激光光源或單波長(zhǎng)LED光源,。

圖2. 氙燈光源配合帶通405 nm濾光片和405 nm激光器的光譜圖

[1] 李燦,， 太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化科學(xué)與技術(shù)[M]. 北京，北京科學(xué)出版社,， 2020： 148 

[2] 西安交通大學(xué). GB/T 26915-2011太陽(yáng)能光催化分解水制氫體系的能量轉(zhuǎn)換效率與量子效率計(jì)算[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012: 3

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參考文獻(xiàn)