太陽能轉換效率是衡量光電催化分解水過程中的主要參數，是反映光電催化分解水體系性能的重要參數。目前，入射光子數-電流轉化效率（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效率因素的信息[1]。 

光電催化三電極反應體系中，IPCE用于表征材料的光電極反應效率與光功率、波長及電極電勢的關系。

圖1 光電催化三電極反應體系

◆定義及計算公式 

IPCE定義為單位時間內外電路中產生的電子數Ne與單位時間內的入射單色光子數Np之比，計算公式如下：

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：單個電子帶電量（1.6×10-19 C） 

E：電極所受到的光功率（W） 

λ：入射光波長（m） 

簡化后得：

特別注意： 

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

②當光斑大小與電極尺寸大小一致時，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，需要計算光斑的平均光功率。關于不均勻光斑的光功率密度測量，后續(xù)會進行單獨介紹。 

◆測量方法 由公式（2）可知，IPCE的計算需要確認外電路電流值I、電極所受到的光功率E和入射光波長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產生光生電流，通過電化學工作站可以測得不同電勢下的光生電流值。因電極材料本身為導體/半導體，故在非受光條件下電流并不為零，即I暗0，為保證測量的準確性，當暗電流較大時，需進行基底扣除，即在同一電勢下，測定光電流與暗電流，然后進行基底扣除。即I=I光-I暗。 

②電極所受到的光功率E、入射光波長λ 為保證計算準確，應選擇窄帶波光源，即FWHM≤10 nm半波帶寬（Full Width at half Maxima，FWHM）[2]建議選擇單激光光源或單波長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， 太陽能轉化科學與技術[M]. 北京，北京科學出版社， 2020： 148 

[2] 西安交通大學. GB/T 26915-2011太陽能光催化分解水制氫體系的能量轉換效率與量子效率計算[S]. 北京: 中國標準出版社,2012: 3