本发明公开了一种结合原电池和光电化学电池的光电化学制氢装置，包括：阳极、对电极和电解液，所述的电解液设置在阳极和对电极之间；所述的阳极和对电极之间用导线连接；所述的阳极由导电基底和附着在导电基底上的能级匹配的半导体纳米薄膜组成。本发明将原电池和光电化学电池有机地结合为一体，通过原电池效应和光电化学光伏效应的叠加提高整个制氢系统的效率，包括产氢量的提高，外加偏压的降低。