光電轉(zhuǎn)化效率（IPCE，Incident Photon-to-Current Efficiency）是光電催化和光伏研究中的關(guān)鍵表征參數(shù)，用于評(píng)估材料在不同波長(zhǎng)光照下將入射光子轉(zhuǎn)化為光電流的能力，其測(cè)量反映了材料的光電轉(zhuǎn)換效率和波長(zhǎng)依賴性。

Pan et al., Nature Communications, 2020. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13987-5

IPCE的測(cè)量對(duì)光源有著嚴(yán)格的要求，光源的性能直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。研究表明，光源的光譜范圍、光強(qiáng)穩(wěn)定性、光斑均勻性等因素是影響IPCE測(cè)量精度的關(guān)鍵^[1,2]。本文將分析IPCE測(cè)量中對(duì)于光源的關(guān)鍵需求及選擇標(biāo)準(zhǔn)。

寬光譜范圍

IPCE測(cè)量要求光源能夠覆蓋材料的光吸收范圍，以滿足不同類型材料的測(cè)試需求。例如：

• 寬帶隙材料（如TiO?）主要吸收紫外光，需光源提供波長(zhǎng)小于400 nm的紫外光。

• 窄帶隙材料（如g-C?N?、BiVO?）對(duì)可見光敏感，需光源覆蓋400-700 nm的可見光區(qū)域。

• 近紅外響應(yīng)材料則需要光源的光譜范圍延伸至700 nm以上。

由于氙燈光源能夠覆蓋紫外、可見光及部分近紅外區(qū)域，其寬光譜特性使其成為IPCE測(cè)量的常用選擇^[3]。

泊菲萊科技PLS-FX300HU高均勻性一體式氙燈光源是光電催化研究的專用氙燈光源。其光譜范圍為320~800 nm，覆蓋了紫外和可見光區(qū)域，能夠滿足寬帶隙和窄帶隙材料的IPCE測(cè)量需求。此外，該光源支持配合紫外、可見光及窄帶濾光片，靈活實(shí)現(xiàn)特定波長(zhǎng)的單色光輸出。

光強(qiáng)穩(wěn)定性

光強(qiáng)的穩(wěn)定性是IPCE測(cè)量的關(guān)鍵因素，因?yàn)楣鈴?qiáng)的波動(dòng)會(huì)直接影響光生電流密度的測(cè)量結(jié)果，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性產(chǎn)生顯著影響^[4]。通常要求光強(qiáng)波動(dòng)小于1%，以確保測(cè)量結(jié)果的可靠性和實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。

PLS-FX300HU高均勻性一體式氙燈光源內(nèi)置精密光學(xué)反饋系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)節(jié)光輸出，確保光強(qiáng)高度穩(wěn)定。其短時(shí)穩(wěn)定性達(dá)A+級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，1 s波動(dòng)僅0.04%，1 min波動(dòng)僅0.003%，完全滿足IPCE測(cè)量對(duì)高精度的嚴(yán)格要求。

光斑均勻性

IPCE測(cè)量要求光源提供均勻的光斑，以確保樣品表面光照一致，避免因光強(qiáng)分布不均引起的測(cè)量誤差。

PLS-FX300HU高均勻性一體式氙燈光源可輸出矩形均勻光斑，輸出光不均勻性為±1%，光斑尺寸在10×10~50×50 mm²范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，靈活適配不同尺寸的光電極測(cè)試需求。當(dāng)光斑尺寸≤20×20 mm²時(shí)，其均勻性達(dá)到A級(jí)太陽(yáng)模擬器標(biāo)準(zhǔn)，確保樣品表面光照高度均勻。

單色性

IPCE測(cè)量需要在特定波長(zhǎng)下進(jìn)行，因此光源必須能夠提供單色光。常見的實(shí)現(xiàn)方式包括：

• 寬光譜光源（如氙燈）配合單色儀分光。

• 使用特定波長(zhǎng)的LED光源或激光光源。

PLS-FX300HU高均勻性一體式氙燈光源可搭配泊菲萊帶通濾光片，靈活實(shí)現(xiàn)單色光輸出，滿足IPCE測(cè)量需求。

光強(qiáng)校準(zhǔn)

IPCE測(cè)量需要精確知道每個(gè)波長(zhǎng)下的入射光功率密度，因此光源必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)需考慮光路中的所有損耗，包括單色儀和濾光片的透過(guò)率^[5]。

PLS-FX300HU高均勻性一體式氙燈光源支持電流調(diào)節(jié)和電動(dòng)光闌兩種光強(qiáng)調(diào)節(jié)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)光強(qiáng)的精細(xì)化控制，便于校準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化。

IPCE測(cè)量對(duì)光源的要求極為嚴(yán)格，合適的光源需具備寬光譜范圍、高光強(qiáng)穩(wěn)定性、均勻光斑和靈活的單色光輸出能力。PLS-FX300HU高均勻性一體式氙燈光源以其卓越的性能特點(diǎn)，滿足了IPCE測(cè)量的需求，是光電催化研究的專用氙燈光源。

通過(guò)合理選擇和使用光源，可以顯著提高IPCE測(cè)量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，為光電材料的性能研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

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 案例分享 

?參考文獻(xiàn) 

[1] A.      Fujishima, K. Honda, "Electrochemical Photolysis of Water at a      Semiconductor Electrode," Nature, 1972.

[2] M. Grätzel,      "Photoelectrochemical Cells," Nature, 2001.

[3] J. Bisquert,      "Theory of the Impedance of Electron Diffusion and Recombination in a      Thin Layer," Journal of Physical Chemistry B, 2002.

[4] H.      Tributsch, "Reaction of Excited Chlorophyll Molecules at Electrodes      and in Photosynthesis," Photochemistry and Photobiology,      1972.

[5] A. Hagfeldt,      "Photoelectrochemical and Photovoltaic Properties of Dye-Sensitized      Solar Cells," Accounts of Chemical Research, 2000.