太陽能轉(zhuǎn)換效率是衡量光電催化分解水過程中的主要參數(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)Ne與單位時(shí)間內(nèi)的入射單色光子數(shù)Np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)，無需考慮光斑不均勻的問題，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