入射單色光-電子轉(zhuǎn)化效率（Incident Monochromatic Photon-Electron Conversion Efficiency，IPCE）定義為流經(jīng)閉合電路中的電子數(shù)與入射單色光的光電子數(shù)的比值，用來(lái)評(píng)價(jià)不同波長(zhǎng)下的光電轉(zhuǎn)化效率，是評(píng)價(jià)光電極光電化學(xué)性能的重要指標(biāo)之一。
由于半導(dǎo)體材料對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光具有不同的響應(yīng)，因此，測(cè)量光電極的IPCE對(duì)評(píng)估光電極對(duì)單色光光子的利用率會(huì)更加精確，進(jìn)而在改進(jìn)光電極提升其光電化學(xué)性能上更具針對(duì)性[1]。
IPCE計(jì)算公式如下[2]：
jph：光電流密度（mA·cm-2），通過(guò)計(jì)時(shí)電流法（恒電位）測(cè)得
h：普朗克常量（6.62×10-34 J·s）
c：光速（3.0×108 m·s-1）
e：?jiǎn)蝹€(gè)電子所攜帶的電量（1.6×10-19 C）
Pmono：?jiǎn)紊獾墓夤β拭芏龋╩W·cm-2）
λ：?jiǎn)紊獠ㄩL(zhǎng)
簡(jiǎn)化后可表示為公示（2）[1]：
jp：光電流密度（mA·cm-2）
jd：暗電流密度（mA·cm-2）
λ：入射單色光波長(zhǎng)（nm）
pin：光電極受到的光功率密度（mW·cm-2）
光電極的光電流密度越大，IPCE值越高，可以通過(guò)改善光電極材料的電荷分離和收集效率，進(jìn)一步提升光電極的光電流密度，從而提高IPCE數(shù)值。
泊菲萊科技PL-PES光譜光電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以入射光的波長(zhǎng)為函數(shù)，在紫外、可見(jiàn)、近紅外波長(zhǎng)范圍，自動(dòng)表征測(cè)量半導(dǎo)體材料的光電流、光伏等光電性能參數(shù)，可與開(kāi)爾文探針、電導(dǎo)探針等測(cè)試設(shè)備聯(lián)用，可以控制輸出光波長(zhǎng)、光照射時(shí)間、與電化學(xué)工作站同步工作。PL-PES光譜光電系統(tǒng)主要應(yīng)用于不同外加電壓條件、不同光照波長(zhǎng)、不同光強(qiáng)和不同電壓及光照強(qiáng)度掃描下的光電流測(cè)試和特定光照波長(zhǎng)下的開(kāi)路電位測(cè)試等。
Fig.1 a)PL-PES光譜光電系統(tǒng); b) IPCE曲線及光電流/電壓行為譜
Fig. 2. a) IPCE at 0 V vs. Ag/AgCl[3]; b) IPCE at 1.2 V vs. Ag/AgCl[4]; c)IPCE [5]; d) IPCE at 1.2 VRHE; e) band gaps from photocurrent measurements[6]；f) IPCEs at 0.6 and 1.2 VRHE, respectively[7]
參考文獻(xiàn)
[1] 張紋. BiVO4-Cu2O串聯(lián)光電解池催化分解水性能研究[D]. 西安：西北大學(xué). 2021: 9.
[2] Chen Zhebo, Deutsch Todd G., Jaramillo Thomas F.* et al., Accelerating materials development for photoelectrochemical hydrogen production: Standards for methods, definitions, and reporting protocols[J]. Journal of Materials Research, 2010, 25, 3.
[3] Kamalesh Debnath, Tanmoy Majumder, Suvra Prakash Mondal*, Highly luminescent nitrogen doped graphene quantum dots sensitized TiO2 nanorod arrays for enhanced photoelectrochemical performance[J]. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2022, 909: 116150.
[4] Zhang Hongwen, Zhang Shuncong*, Long Jinlin*, et al., The Hole-Tunneling Heterojunction of Hematite-based Photoanodes Accelerates Photosynthetic Reaction[J]. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60:16009.
[5] Li Jinglin, Cao Haijie*, Jiao Zhengbo*, et al., The significant role of the chemically bonded interfaces in BiVO4/ZnO heterostructures for photoelectrochemical water splitting[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2021, 285: 119833.
[6] Gao Ruiting, Su Yiguo*, Wang Lei*, et al. Ultrastable and high-performance seawater-based photoelectrolysis system for solar hydrogen generation[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2022, 304:120883.
[7] Wang Ying, Liu Deyu*, Kuang Yongbo*, et al., General in situ photoactivation route with IPCE over 80% toward CdS photoanodes for photoelectrochemical applications[J]. Small, 2021, 17: 2104307.
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