外加偏压光-电转化效率ABPE的计算方法

 

外加偏压光-电转化效率（Applied Bias Photon-to-current Efficiency，ABPE）是在一定偏压条件下，输入的太阳能与转化为氢能的比例[1]。

区别于太阳能制氢能转换效率（STH），ABPE是扣除电能贡献的能量转化效率。

ABPE计算方法

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单一光阳极电解池的ABPE公式

在研究单一光电极的PEC分解水性能时，通常会使用外加电源施加较小偏压。此时，为评估光电极的光电转化效率，可由公式(1)简化为计算单一光阳极电解池的ABPE公式：

通常情况下，在法拉第效率为100%的条件下，通过j-V曲线将jP、Va和相应的Pin带入公式(2)即可计算获得ABPE。

单一光阴极电解池的ABPE公式

对于单一光阴极电解池则采用公式(3)计算ABPE：

由公式（2）可以发现，到当Va取1.23 V时，ABPE的值几乎为零，当Va的取值>1.23 V（vs. RHE）时，ABPE的值为负数，因此在测光阳极的光电流密度时尽量选择<1.23 V（vs. RHE）的外加偏压值，并应以提高外加偏压<1.23 V（vs. RHE）范围内的光电流密度为研究目标。

注意事项

计算时需要注意的以下两点：

①以上计算公式仅适用于单室光电反应池，即电极需要在同一电解液中，避免产生化学电势。

②电解质溶液中应不含电子或空穴牺牲试剂，虽然牺牲试剂可以很好的解决载流子在界面处的传输限制，但这将导致溶液中的反应复杂化，非原本的光电反应。

图1 ABPE 曲线[2-5]

参考文献

[1] Chen Zhebo, Todd G. Deutsch, Thomas F. Jaramillo* et. al., Accelerating materials development for photoelectrochemical hydrogen production: Standards for methods, definitions, and reporting protocols[J]. Journal of Materials Research, 2010, 25: 3.

[2] 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.

[3] Lixia Sun, Jianhua Sun*, Dianqing Li*, et al., rGO decorated ZnO/CdO heterojunction as a photoanode for photoelectrochemical water splitting[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2022, 608: 2377.

[4] Yan Li, Qizhao Wang*, Xingsheng Hu, et al., Constructing NiFe-metal-organic frameworks from NiFe-layered double hydroxide as a highly efficient cocatalyst for BiVO₄ photoanode PEC water splitting[J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 433: 133592.

[5] Hang Yin, Baocheng Yang*, Ruibin Jiang*, et al., Effect of surface-deposited Ti₃C₂Tx MXene on the photoelectrochemical water-oxidation performance of iron-doped titania nanorod array[J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 431:134124.

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