Фотоэлектрохи́мия (от фото…, электро… и химия), раздел науки, в котором изучаются процессы, являющиеся результатом взаимодействия ближнего УФ-, видимого или ближнего ИК-света с электрохимическими системами. Электрохимические системы могут быть как однофазными ионными, так и двух- или многофазными с переносом заряженных частиц (ионов и электронов). В более узком понимании фотоэлектрохимия изучает процессы взаимного преобразования световой и электрической энергии в системе электрод – электролит.

Возникновение электрохимического потенциала при освещении электрохимической системы может быть обусловлено: фотохимическими реакциями в электролите или на электродах; генерацией неравновесных электронов и дырок в полупроводниковых электродах; фотоэмиссией электронов из электродов в раствор электролита; фотодесорбцией адсорбированных на электроде частиц (ионов, молекул) с переносом заряда между адсорбатом и электродом. Обратное явление – испускание света при пропускании электрического тока через ячейку – может иметь природу электрохемилюминесценции, газового разряда в зазоре между электродом и электролитом и т. д. Наиболее интенсивно развивается фотоэлектрохимия полупроводников. В её основе лежат представления, идеи и экспериментальные методы физической химии, химической физики, физики твёрдого тела и полупроводников, физики поверхности и материаловедения.

Шарль-Жереми Фур. Портрет Александра Беккереля. Литография по фото Пьера Пети.Шарль-Жереми Фур. Портрет Александра Беккереля. Литография по фото Пьера Пети.Первые исследования фотоэффектов в электрохимических системах осуществлены в 1839 г. А. Э. Беккерелем. В течение продолжительного времени основными объектами изучения фотоэлектрохимии были реакции фотовозбуждённых частиц из раствора на металлических электродах. Интенсивное развитие во 2-й половине 20 в. теории фотоэлектрохимии полупроводников позволило представить модель процессов, происходящих при освещении на границе полупроводниковый электрод – электролит, и механизмы соответствующих электродных химических реакций.

Одно из главных направлений развития фотоэлектрохимии полупроводников – разработка фотоэлектрохимических ячеек (ФЭХЯ), позволяющих преобразовывать солнечную энергию в химическую или электрическую. По крайней мере один из двух электродов такой ячейки – светочувствительный полупроводниковый. При освещении на нём возникает электрический потенциал за счёт внутреннего фотоэффекта в полупроводнике или за счёт передачи энергии фотовозбуждённого красителя (сенсибилизатора) полупроводнику путём инжекции электронов. Последний вариант реализуется в ФЭХЯ, называемой ячейкой Гретцеля, вырабатывающей электрический ток в циклическом процессе. Перспективы фотоэлектрохимии полупроводников связывают с ФЭХЯ такого типа: при относительной дешевизне производства коэффициент полезного действия (КПД) преобразования световой энергии в электрическую в ячейке Гретцеля свыше 11 % и сопоставим с КПД твердотельных солнечных элементов.

Спектр исследований фотоэлектрохимии очень широк: оптимизация организации устройств для преобразования световой энергии в электрическую и разработка принципиально новых соответствующих веществ и материалов (органические и гибридные полупроводники, взаимопроникающие гетероструктуры, эффективные поглотители излучения, светостойкие красители и медиаторы, низкотемпературные твёрдые электролиты).

Научные результаты фотоэлектрохимии могут применяться при разработке технологий выделения водорода из водных растворов, очистки воды от загрязнителей, для создания топливных элементов и т. д.