IPCE (Incident-Photon-to-electron Conversion Effieciency)

광촉매 활성 평가를 위해서 여러가지 테스트를 하게 되는데,
IPCE도 광촉매, 특히 PEC system에서의 광촉매 효율을 측정하는 방법 중 하나이다.

Incident-Photon-to-electron Conversion Effieciency를 뜻하는 말로,
조사된 photon flux 대비 광전류로서 계산된다.
이는 "들어간 photon 대비 나오는 전자 수"를 의미하므로 매우 유용하게 쓰일 수 있다.

<Z. Chen et al."Accelerating materials development for PEC hydrogen production: Standards for methods, definitions, and reporting protocols", J. Mater. Res., Vol. 25, No. 1, Jan 2010>에 따르면, IPCE는 EQE(external quantum efficiency)와 같은 것이고, 아래와 같이 계산된다.

위의 식 중 j_ph 는 측정된 광전류의 값이고, P_mono는 단파장으로 조사되는 빛의 power intensity이며, lambda는 해당 단파장을 뜻한다. j_ph는 chronoamperometry (potentiostatic/고정된 전압에서 시간에 따른 전류 측정)를 통해 주로 측정하게 되고, P_mono는 powermeter로 간단히 측정할 수 있다. 단파장은 monochromator를 이용해 원하는 값으로 고정시킨다.

위의 식중 1239.8이라는 숫자 (보통 1240으로 쓴다)는 아래 식에서 상수들만 미리 계산하여 둔 값이다.

h는 Planck 상수, c는 빛의 속도, e는 elementary charge이다. 사실 직접 계산 안해봐서 잘 모르지만 아마 1240이 나올 것이다 -_-;;;
(계산 해보신 분 알려주세요 ㅋㅋ 귀차니즘 ㅋㅋ)

--- 5/11 추가 ----------------------------------------------------
계산해보니 맞네요 ㅋㅋ
h = 6.6 x 10^-34 J s
c = 3 x 10^8 m/s
e = 1.6 x 10^-19 C

제가 쓰는 단위로 입맛에 맞게 바꿔보면,
IPCE(%) = 0.12375 * i (nA/cm^2) / [ λ (nm) * P (mW/cm^2) ]
IPCE(%) = 1.2375 * 10^-4 * i (μA/cm^2) / [ λ (nm) * P (mW/cm^2) ]
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IPCE는 위의 식에서 알 수 있듯이 파장에 따라서 값이 달라지기 때문에, 표기를 할 때는 반드시 파장을 명시해 주어야 한다.
ex. IPCE = 48% at 420nm


그리고 이렇게 단파장별로 얻어진 값을 파장별로 해서 쭉 그리게 되면, IPCE의 action spectrum이 얻어지게 된다.
사실 IPCE data라고 하면 action spectrum으로 다 보여주는 경우가 대부분인 것 같다.
(Action spectrum이란 말 자체는 파장을 x축으로 하여 나타낸 spectrum이므로, y축이 꼭 IPCE 값만 될 필요는 없다.)

우리 랩에서는 monochromator로 파장 하나하나 바꿔가며, chronoamperometry 찍어가며 수작업으로 구해내고 있는데,
IPCE 찍는 장비도 판매되고 있는 것 같다. 그런 분석기기가 있는 곳에 분석의뢰를 맡겨도 편하게 데이터를 얻을 수 있을 것이다.
(비용은 모르겠다;;)