The increasing global demand for carbon reduction has led to a growing interest in exploring hydrogen energy as a potential solution to mitigate the challenges posed by the fluctuating power generation of renewable energy sources. The photoelectrochemical water splitting has gained significant interest as a promising method for environmentally friendly hydrogen production. This technology utilizes solar energy to convert water into hydrogen, and researchers are actively engaged in studying material properties and developing device structures to enhance the solar-to-hydrogen conversion efficiency. This thesis focuses on modifying material properties based on the composition of $BiVO_4$ photoelectrode and the subsequent alterations of photoelectrochemical performance. It examines the various factors that influence material properties during the synthesis of $BiVO_4$ using solution processes and establishes causal relationships between these factors and changes in photoelectrochemical properties. This study focuses on enhancing the solar-to-hydrogen efficiency of tandem devices consisting of $BiVO_4$ and Si and the demonstration of artificial leaf-type devices.
전세계적인 탄소 감축에 대한 요구가 확대되면서, 재생에너지의 발전 변동성 특성에 의한 에너지 시스템 부하를 완화하기 위해 수소에너지로 전환하는 연구가 확산하고 있다. 광전기화학적 물 분해는 태양광 에너지를 수소에너지로 전환하는 친환경 수소 생산 기술 중 하나로 주목받고 있으며, 광-수소 전환 효율 향상을 위해 소재 특성 및 소자 구조 개발에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 학위논문에서는 $BiVO_4$ 광양극 물질의 조성에 따른 물질적 특성을 조절과 이에 따른 광전기화학적 변화를 다루고, 용액 공정 기반의 $BiVO_4$를 합성 과정에서 물질적 특성에 영향을 미치는 요인들을 분석하고 광전기화학적 특성 변화에 대한 인과관계를 포함한다. 마지막으로, 개발된 용액 공정 기반 $BiVO_4$ 광전극과 Si 기반 광전극을 적층하는 구조의 효율 향상과 인공나뭇잎 형 소자 구현에 관한 내용을 다룬다.
