本發明屬于能源與污水處理技術領域,一種三元異質結光電催化膜燃料電池系統。該光電催化膜燃料電池系統包括反應器、曝氣裝置和計算機數據采集系統;所述的反應器為石英玻璃材質,反應器底部設置曝氣頭曝空氣;陽極為半導體異質結催化膜組件,陰極為半導體或電催化陰極;半導體異質結催化膜陽極與催化陰極之間連接有外電阻,外電阻的阻值為1?1200Ω;三元異質結光電催化膜燃料電池系統產生的電壓通過計算機數據采集系統采集。在低能耗條件下處理污水并產能,廉價材料制備三元異質結催化陽極膜組件與催化陰極,無需外加光照或電壓,利用半導體催化劑異質結間的自發電子轉移產生氧化性自由基,氧化污染物,同時膜的過濾作用加速催化反應。