本发明属于能源与污水处理技术领域,一种三元异质结光电催化膜燃料电池系统。该光电催化膜燃料电池系统包括反应器、曝气装置和计算机数据采集系统;所述的反应器为石英玻璃材质,反应器底部设置曝气头曝空气;阳极为半导体异质结催化膜组件,阴极为半导体或电催化阴极;半导体异质结催化膜阳极与催化阴极之间连接有外电阻,外电阻的阻值为1‑1200Ω;三元异质结光电催化膜燃料电池系统产生的电压通过计算机数据采集系统采集。在低能耗条件下处理污水并产能,廉价材料制备三元异质结催化阳极膜组件与催化阴极,无需外加光照或电压,利用半导体催化剂异质结间的自发电子转移产生氧化性自由基,氧化污染物,同时膜的过滤作用加速催化反应。