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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.28 No.4 pp.214-220
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2018.28.4.214

Photoelectrochemical Properties of a Cu2O Film/ZnO Nanorods Oxide p-n Heterojunction Photoelectrode for Solar-Driven Water Splitting

Junghwan Park1, Hyojin Kim2, Dojin Kim2
1Graduate School of Advanced Circuit Substrate Engineering, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea
2Department of Materials Science and Engineering, Chungnam National University, Deajeon 34134, Korea
Corresponding author E-Mail : hyojkim@cnu.ac.kr (H. Kim, Chungnam Nat’l Univ.)
January 8, 2018 February 10, 2018 March 16, 2018

Abstract


We report on the fabrication and photoelectrochemical(PEC) properties of a Cu2O thin film/ZnO nanorod array oxide p-n heterojunction structure with ZnO nanorods embedded in Cu2O thin film as an efficient photoelectrode for solardriven water splitting. A vertically oriented n-type ZnO nanorod array was first prepared on an indium-tin-oxide-coated glass substrate via a seed-mediated hydrothermal synthesis method and then a p-type Cu2O thin film was directly electrodeposited onto the vertically oriented ZnO nanorods array to form an oxide semiconductor heterostructure. The crystalline phases and morphologies of the heterojunction materials were characterized using X-ray diffraction and scanning electron microscopy as well as Raman scattering. The PEC properties of the fabricated Cu2O/ZnO p-n heterojunction photoelectrode were evaluated by photocurrent conversion efficiency measurements under white light illumination. From the observed PEC current density versus voltage (J-V) behavior, the Cu2O/ZnO photoelectrode was found to exhibit a negligible dark current and high photocurrent density, e.g., 0.77 mA/cm2 at 0.5 V vs Hg/HgCl2 in a 1 mM Na2SO4 electrolyte, revealing an effective operation of the oxide heterostructure. In particular, a significant PEC performance was observed even at an applied bias of 0 V vs Hg/HgCl2, which made the device self-powered. The observed PEC performance was attributed to some synergistic effect of the p-n bilayer heterostructure on the formation of a built-in potential, including the light absorption and separation processes of photoinduced charge carriers.



물분해용 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 산화물 p-n 이종접합 광전극의 광전기화학적 특성

박 정환1, 김 효진2, 김 도진2
1충남대학교 차세대기판학과
2충남대학교 공과대학 신소재공학과

초록


    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1. 서 론

    최근에 화석 연료의 연소에서 비롯된 공기 중 이산화 탄소 농도의 증가에서 기인하는 기후 변화와 해양 산성 화 등의 환경 문제에 대응하기 위해 청정한 재생 에너 지원들에 대한 전지구적 관심이 급격히 높아지고 있다. 이 런 재생 에너지원들 가운데 수소는 에너지를 산출하는 과정에서 부산물로 물만 배출하기 때문에 미래의 신재 생 에너지로서 주목을 받고 있다.1) 수소는 가볍고 에너 지 밀도가 높아서 적은 양으로도 많은 에너지를 배출할 수 있다. 그런데, 수소는 청정 에너지원으로서의 다양한 장점에도 불구하고 기존의 생산 방법에 있어서 심각한 문제가 있었다. 지금까지 대체로 수소 생산은 화석 연 료의 개질(reforming)로부터 이루어졌고, 그래서 수소 생 산 과정 동안 기후 변화의 주범인 이산화탄소도 발생하 기 때문이다. 이런 수소 생산 방법을 대체하기 위해 태 양광 에너지와 물로부터 수소를 생산하는 광전기화학적 물분해(photoelectrochemical water splitting) 기술이 대두 되었으며, 이 기술의 발달은 물이 수소가 되고 에너지 원으로서 사용된 수소는 다시 물이 되는 무한한 에너지 순환(물-수소-에너지-물)을 현실화시킬 것으로 기대된다.2)

    광전기화학적 물분해 방법은 태양광 에너지를 화학 에 너지로 전환하는 방법으로서 태양광 에너지를 이용하여 물(H2O)을 수소(H2)와 산소(O2)로 분해하여 수소 에너지 로 전환한다. 여기서 태양광 에너지를 화학 에너지로 전 환하는 시스템을 광전기화학 전지(cell)라고 하는데, 이 시 스템은 태양광을 흡수한 후에 그 에너지로 전기화학적 반응을 일으켜 수소 생성물을 얻는다.3) 광전기화학 전지 는 빛을 흡수하는 광전극(photoelectrode)과 상대 반응이 일어나는 상대 전극(counter electrode), 전해질(또는 물) 로 구성된다. 광전기화학 전지에서 광전기화학적 반응이 일어나는 원리를 간략히 서술하면, 반도체 물질로 이루 어진 광전극은 빛(광자)이 입사되면 전자(e−)와 양공(h+) 을 생성하고 그 전자와 양공이 각각의 전극으로 분리되 어 반응하는데, 양극(산화전극)에서는 산소가 발생하고 음 극(환원전극)에서는 수소가 발생하게 된다. 1972년에 최 초로 Fujishima와 Honda는 n-형 반도체인 TiO2를 광양 극(photoanode)으로, 백금을 상대 전극(음극)으로 사용하여 광전기화학적 물분해 반응을 실험적으로 발견하였다.4) 그 이후로 TiO2와 더불어 ZnO가 가장 널리 연구된 광전극 용 산화물 반도체 재료인데, 둘 다 넓은 띠 간격을 갖 고 있기 때문에 자연광 조건에서 응용이 제한되는 단점 을 나타낸다. 최근에 이런 단점을 극복하기 위한 띠 간 격 공학을 적용하기 위해 산화물 반도체 이종접합 구조 체를 제작하는 연구들이 시도되었다.5-14) 여기서 이종접 합 구조의 형성에서 비롯된 밴드 구조의 구배에서 기인 하는 전자 수송 및 광흡수 과정의 개선이 산화물 반도 체 이종접합 광전극에 있어서 전기화학적 물분해 성능 의 향상을 가져올 것으로 기대된다.

    일반적으로 반도체 이종구조에서 광유도 전하 나르개 의 거동은 이종구조의 고유한 특성에 의해 지배되는데, 이것이 결국 광전기화학적 반응을 결정하게 된다. 최근 에, 계면 전자 구조의 조절 가능성과 에너지 띠 정렬의 용이성 때문에 다양한 형태의 Cu2O/ZnO p-n 이종접합 이 광전기화학적 물분해 소자의 성능을 향상시키는 데 적용되었다.5-10) 한편, ZnO 나노 구조체는 꽤 풍부한 형 상과 큰 엑시톤 결합 에너지, 높은 전자 이동도를 나타 내는 덕분에 널리 연구되었지만, 넓은 띠 간격(Eg= 3.37 eV) 때문에 그것의 광학적 활용도가 자외선 영역에 한 정되는 단점이 있다. 그런데 여기서 ZnO보다 좁은 띠 간격(Eg= 2.0 eV)을 나타내는 Cu2O는 광화학적 과정 동 안 광반응을 가시광선 영역으로 확장하는 데 유망한 물 질로 알려져 있다.5) 다른 한편으로, Cu2O는 일반적으로 p-형 반도체로 합성되기 때문에 n-형 반도체 ZnO와 결 합하여 산화물 반도체 p-n 이종접합을 형성함으로써 내 장 퍼텐셜을 생성할 수 있다. 따라서 Cu2O/ZnO 이종구 조의 계면 특성의 조절 가능성은 광전기화학적 물분해 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 방안이 된다.

    본 논문에서는 수열합성법을 이용하여 합성된 n-형 ZnO 나노막대 집합체와 전해도금법을 이용하여 형성된 p-형 Cu2O 박막으로 이루어진 Cu2O 박막/ZnO 산화물 반도체 p-n 이종접합 구조체를 제작하였다. 제작된 Cu2O 박막/CuO 나노막대 p-n 이종접합의 구조적 및 정류 특 성을 확인한 다음에 태양광 물분해용 광전극으로서의 광 전기화학적 특성을 체계적으로 조사하였다. 여기서 전기 화학적 방법으로 제작된 산화물 반도체 Cu2O/ZnO 이종 접합 구조체가 낮은 비용, 높은 성능의 수소 생산용 광 전기화학적 전극으로서의 가능성이 유망하다는 점이 제 시될 것이다.

    2. 실험 방법

    먼저 산화인튬주석(ITO)이 코팅된 유리 기판 위에 ZnO 나노입자를 씨앗층(seed layer)으로 활용하는 수열합성법 을 사용하여 n-형 ZnO 나노막대 집합체를 성장시켰다.15) ZnO 씨앗층을 형성하기 위해 스파터링 방법을 사용하여 상온에서 5 mTorr의 Ar 분위기 하에서 대략 20 nm 두 께의 Zn층을 증착시킨 다음에 600 °C에서 건조한 공기 분위기 하에서 1시간 동안 열처리 공정을 시행함으로써 Zn층을 산화시켰다. 준비된 ZnO 씨앗층 위에 수열합성 법을 사용하여 수직으로 정렬된 ZnO 나노막대 집합체 를 성장시켰는데, 여기서 사용된 수열합성용 용액은 50 mM의 질산 제2아연 6수화물[Zn(NO3)2·6H2O]과 50 mM 의 헥사메틸렌테트라민(C6H12N4)를 계량한 다음에 자기 교반자를 사용하여 균일하게 혼합하여 준비하였다. 그 다 음에 ZnO 씨앗층이 형성된 기판을 준비된 용액에 담근 후 95 °C에서 6시간 동안 수열합성법으로 ZnO 나노막 대 집합체를 성장시켰다. ZnO 나노막대 집합체가 코팅 된 기판은 세척 후 건조한 공기 분위기에서 열처리 공 정을 400 °C에서 1시간 동안 진행하였다.

    산화물 반도체 p-n 이종접합을 형성하기 위해 사전에 합성된 ZnO 나노막대 집합체 위에 Cu2O 박막을 3전극 형 전해도금법을 사용하여 성장시켰다.14) 도금 용액은 0.05 M의 황산구리 5수화물(CuSO4·5H2O)과 0.1 M의 젖산(lactic acid)을 혼합한 용액에 수산화나트륨(NaOH) 을 스포이드를 사용하여 떨어뜨림으로써 pH 수치를 11 로 맞추어 준비하였다. ZnO 나노막대 집합체가 코팅된 기판을 고정시켜 60 °C의 도금 용액 안에 넣은 다음에 전원을 연결하여 0.5 mA/cm2의 전류가 흐르는 조건에서 30분 동안 도금 공정을 시행하였다. 여기서 기준 전극 은 표준 칼로멜(Hg/HgCl2) 전극을 사용하였고, 상대 전 극은 백금을 사용하였다. 마지막으로 얻어진 Cu2O/ZnO 산화물 반도체 이종접합에 대한 열처리 공정을 건조한 공기 분위기에서 300 °C에서 1시간 동안 진행하였다.

    제작된 Cu2O/ZnO 산화물 반도체 이종접합의 결정상을 알아보기 위해 X선 회절 분석기(XRD)와 라만(Raman) 분광기를 사용하였으며, 미세구조 분석을 위해 냉전계형 장방출 주사전자현미경(SEM)를 이용하였다. Cu2O/ZnO 이종구조의 p-n 접합 정류 특성을 확인하기 위해 두 개 의 사각형 Ag 접촉을 Cu2O와 ITO 표면 위해 형성한 다음에 전류-전압(I-V) 특성 곡선을 측정하였다. 이종접 합 구조체의 물 분해 특성을 조사하기 위해서는 물에 닿 는 전극의 면적이 일정해야 하기 때문에 에폭시 경화제 를 사용하여 0.5 × 1.0 cm2의 면적 외의 부분을 차단한 다 음에 용제를 사용하여 전극 연결부의 Cu2O와 ZnO를 제 거함으로써 ITO를 노출시켰다. 그렇게 얻어진 형상의 Cu2O/ZnO 광전극에 대해 3전극 배치를 사용하여 광전 기화학적 물분해 특성을 측정하였다. 여기서 1 mM의 NaSO4를 전해질로 사용하였고, 기준 전극과 상대 전극 은 각각 칼로멜 전극과 백금을 사용하였다. 각 전극에 전원을 연결한 다음에 전압을 −0.2 V에서 1.0 V까지 변 화시키면서 가시광선을 조사했을 때와 어두울 때의 전 류 밀도 차이를 측정함으로써 광 변환 효율을 계산하였 다. 그리고 바이어스 전압을 가하지 않은 조건(0 V의 전 압)에서 일정 시간 동안 반복적으로 빛을 조사하고 차 단함으로써 광전기화학적 안정성을 평가하였다.

    3. 결과 및 고찰

    ITO가 코팅된 유리 기판 위에 수열합성법을 이용하여 합성된 ZnO 나노막대 집합체에 대해 관측된 전형적인 SEM 영상들을 Fig. 1에 나타내었다. 이 그림으로부터 수 열합성된 ZnO 나노막대들이 수직으로 배열되어 촘촘히 성장한 것을 확인할 수 있다. 한편, 합성된 ZnO 나노 막대 집합체에 대한 X-선 회절 실험 결과, 육방정계 우 르짜이트(hexagonal wurtzite) ZnO 결정상에 해당하는 (100), (002), (101), (110) 등의 회절선들이 관측되었는 데(Fig. 3(a)), 이것으로부터 ZnO 나노막대들이 다결정질 로 성장하였음을 알 수 있다.

    일반적으로 전해도금법으로 형성되는 Cu2O 박막은 다 음과 같은 반응식으로 표현되는 전기화학적 반응을 거 쳐 Cu2O가 기판 위에 석출됨으로써 얻어지게 된다.

    2 Cu 2 + + H 2 O + 2e Cu 2 O + 2H +

    위 반응은 알칼리성 구리 전해도금 용액에서 온도와 pH값에 의존하여 일어나고, 그래서 전해도금된 Cu2O 박 막의 미세구조는 전해도금 용액의 온도와 pH값에 따라 조절될 수 있는데, pH값이 11인 조건에서 최적의 Cu2O 박막 층이 형성되는 것으로 밝혀졌다.14) ITO가 코팅된 유리 기판 위에 ZnO 나노막대 집합체를 수열합성법으 로 성장시킨 다음에 pH 11의 도금 용액을 사용하여 전 해도금법으로 Cu2O 박막을 형성함으로써 제작된 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 산화물 반도체 이종접합 구조체에 대 해 관측된 전형적인 SEM 영상을 Fig. 2에 나타내었다. Fig. 2(a)에서 명확히 볼 수 있듯이, 전해도금된 Cu2O 박 막 층은 평균 직경이 1.24 μm인 깎인(faceted) 면의 결 정립들로 촘촘히 이루어져 있는데, 이것은 성장이 확산 제어적(diffusion-limited)이라기보다는 운동학적으로 이루 어진다는 것을 가리킨다.16) 다른 한편으로, 제작된 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 집합체 이종접합의 단면 SEM 영상 (Fig. 2(b))으로부터 확연히 구별되는 ITO 층의 표면 위 에 대략 780 nm의 두께를 갖는 Cu2O 박막 층이 ZnO 나노로드 집합체 층을 커튼처럼 촘촘하게 덮고 있다는 것을 확인할 수 있는데, 이것은 Cu2O 박막 속에 ZnO 나노막대들이 묻어 들어가 있다는 것을 가리킨다.

    제작된 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 집합체 이종접합에서 산화물 ZnO 및 Cu2O 결정상의 형성을 확인하기 위해 X-선 회절 및 라만 산란 실험을 수행하였다. Fig. 3(a) 는 Cu2O/ZnO 산화물 이종접합에 대해 관측된 전형적인 XRD 패턴을 나타내는데, 관측된 회절선들은 입방정계 Cu2O 결정상이나 육방정계 ZnO 결정상에서 비롯된 것 으로 분석되었다. 여타의 2차상은 전혀 검출되지 않았으 며, Cu2O 및 ZnO는 다결정질로 형성되었음을 알 수 있 다. 다른 한편으로, Fig. 3(b)는 Cu2O/ZnO 산화물 이종 접합에 대해서 상온에서 얻어진 라만 산란 분광선들을 보여준다. 이 그림에서 150, 220, 625 cm−1에 해당하는 또렷한 분광선들은 Cu2O 결정상의 특성 포논 주파수들 을 가리키며, 205, 440 cm−1에 해당하는 또렷한 분광선 은 ZnO 결정상의 특성 포논 주파수를 가리킨다. Cu2O 결정상에서 비롯된 라만 산란 분광선들의 경우에, 220 cm−1에 위치한 강도가 가장 센 분광선은 2차 포논 방 식(2Γ12 −)에 귀속되고, 625 cm−1에서 관측된 분광선은 두 포논 방식(Γ12 − + Γ15 +)에서 기인하며, 150 cm−1에서 나타 난 분광선은 1차 포논 방식[Γ15−(1)]에서 기인하는 것으로 해명될 수 있다.17,18) 다른 한편으로, ZnO 결정상에서 비 롯된 라만 산란 분광선들의 경우에, 205 cm−1와 440 cm−1 에서 관측된 라만 산란 분광선은 각각 1차 포논 방식 A1과 E1에 귀속되는 것으로 판명된다.19) 이 결과로부터 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 산화물 이종접합이 제대로 형 성되었음을 확인할 수 있다.

    산화물 반도체 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 이종접합 구 조체의 전류-전압(I-V) 특성 곡선을 상온에서 측정한 결 과를 Fig. 4에 나타내었다. 여기서 Fig. 4의 삽입그림은 제작된 산화물 반도체 이종구조의 도식적 회로도를 보 여준다. Fig. 4에 제시된 I-V 특성 곡선은 분명한 다이 오드 정류 특성 거동을 보여주는데, 이것으로부터 전형 적인 반도체 p-n 접합이 형성되었다는 것을 확인할 수 있다.

    Fig. 5(a)는 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 이종접합 광전 극에 대해 암흑 상태와 가시광선을 조사한 상태에서 측 정된 전류 밀도-전압(J-V) 특성 곡선들을 보여준다. 여기 서, 제작된 이종접합 광전극의 전압이 양의 바이어스 전 압이 가해질 때까지 암흑 상태에서 무시할 만한 음의 전 류를 나타낸다는 것을 관측할 수 있다. Cu2O/ZnO 이종 접합 광전극이 가시광선에 노출되었을 때, 바이어스 전 압의 크기가 증가함에 따라 양의 광전류 생성이 확연히 나타난다는 것, 즉 광전기화학적 물 분해의 활성이 두 드러진다는 것을 분명히 알 수 있는데, 예를 들면, 0.5 V (vs. Hg/HgCl2)의 바이어스 전압에서 측정된 전류 밀도 는 약 0.77 mA/cm2인 것으로 측정되는데, 이 값은 단순 한 ZnO 나노막대 광전극이 대체로 나타내는 0.1 mA/cm2 정도의 광전류 값보다 여러 배 크다.5) 여기서 주목할 말 한 측정 결과는, 바이어스 전압이 0 V인 조건, 즉 바이 어스 전압이 가해지지 않은 조건에서도 가시광선에 노 출되면 약 0.12 mA/cm2의 광전류가 흐른다는 점인데, 이 것은 자가발전에 의한 광전기화학적 물분해를 실현시킬 가능성을 시사한다.

    일반적으로 광전기화학적 태양광 물분해용 광전극의 수소 생산 효율성을 나타내는 광전류 변환 효율(PCE, photocurrent conversion efficiency)은 측정된 J-V 특성 데이터를 이용하여 다음과 같은 식을 통해 추산될 수 있다.20)

    PCE ( % ) = [ | J p | × ( 1.23 | V a p p | ) P i ] × 100

    여기서, J p는 가시광선에 노출되었을 때의 전류 밀도 [mA/cm2], V app는 인가 전압에서 전류가 0일 때의 전압 을 뺀 값을 의미하고, 1.23[V]는 물 분해 전위를 나타 내며, P i는 입력 가시광선의 세기 밀도[mW/cm2]를 가리 킨다. 이런 식으로 추산된 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 이 종접합 광전극의 광전류 변환 효율의 바이어스 전압의 크기에 따른 변화를 Fig. 5(b)에 나타내었다. 여기서, 광 전류 변환 효율이 −0.2 V부터 증가하기 시작하여 0.32 V 까지 꾸준히 증가한 다음에 감소한다는 것을 알 수 있는 데, Cu2O 박막/ZnO 나노막대 이종접합 광전극이 0.32 V (vs. Hg/HgCl2)의 바이어스 전압에 대해 0.92 %에 이르 는 최적의 변환 효율을 나타내는 것으로 확인된다. 그 리고 바이어스 전압이 가해지지 않은 조건(0 V vs. Hg/ HgCl2)에서 광전류 변환 효율은 0.22 %인 것으로 추산 된다.

    Fig. 6는 Cu2O 박막/ZnO 나노로드 이종접합 광전극에 대해 바이어스 전압을 가하지 않은 상태(0 V vs. Hg/ HgCl2)에서 측정된 광전류 반응 곡선을 보여준다. 여기 서 가시광선은 매 20초마다 켰다(on) 껐다(off)를 반복하 였다. Fig. 6를 살펴보면, 암흑 전류(dark current)는 사 실상 영의 값을 나타내며, 빛을 조사한 상태에서는 광 전류가 급격히 상승한 다음에 점진적으로 안정한 상태 에 이르게 된다는 것을 알 수 있다. 관측된 거동은 빛 이 조사되었을 때 초기의 나르개 생성 과정의 촉발과 점 진적인 나르개 생성 및 재조합 과정의 균형에 의해 설 명될 수 있다.5) 여기서, 최초 20초간 조사되었을 때의 평 균 광전류 밀도와 120초가 지난 후 20초간 조사되었을 때의 평균 광전류 밀도를 비교함으로써 광음극의 광전 기화학적 안정성을 평가했을 때 91 %에 이르는 값을 얻 었는데, 이 결과는 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 이종접합 광전극의 광전기화학적 안정성이 양호하다는 것을 가리 킨다.

    4. 결 론

    수열합성법을 이용하여 합성된 ZnO 나노막대 집합체 와 전해도금법을 이용하여 형성된 Cu2O 박막으로 이루 어진 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 산화물 반도체 이종접합 기반 광전극의 광전기화학적 물 분해 특성을 체계적으 로 조사하였다. X-선 회절, SEM 분석과 라만 산란 실 험뿐 아니라 전류-전합(I-V) 특성 곡선의 측정을 통해서 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 산화물 반도체 물 분해용 광 전극이 p-n 이종접합 구조를 형성하였음을 확인하였다. 측정된 광전기화학적 전류 밀도-전압(J-V) 특성 곡선들로 부터 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 p-n 이종접합 광전극이 유의미한 광전류 밀도, 예를 들면, 0.5 V(vs. Hg/HgCl2) 에서 0.77 mA/cm2의 전류 밀도를 나타내며, 그리고 특 히 바이어스 전압이 가해지지 않은 조건에서도 가시광 선에 노출되면 약 0.12 mA/cm2의 광전류가 흐른다는 것 을 알 수 있었는데, 이것은 자가발전에 의한 광전기화 학적 물 분해를 실현시킬 가능성을 가리킨다. 제작된 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 p-n 이종접합 광전극의 광전 류 변환 효율은 0.32 V(vs. Hg/HgCl2)에서 0.92 %에 이 르는 최적의 갑을 나타내는 것으로 추산되었다. 여기서 관측된 광전기화학적 물 분해 현상은 p-n 이종접합 구 조를 형성함으로써 구현되는 적절한 구배의 밴드갭 구 조에 의거한 내장 전기장의 형성과 빛 흡수 능력 증가 및 전자-양공의 재조합 과정 억제의 상승작용적 효과에 귀속될 수 있다. 결론적으로 이 연구는 전기화학적으로 제작된 Cu2O 박막/ZnO 나노막대 산화물 반도체 이종접 합 광전극이 태양광 물분해를 통한 수소 생산용 소자로 활용 가능하다는 점을 시사한다.

    Acknowledgement

    This work was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education (2017- R1D1A3B04030425).

    Figure

    MRSK-28-214_F1.gif

    Typical SEM images showing (a) top-view and (b) crosssectional view of the ZnO nanorod array synthesized on an ITOcoated glass substrate.

    MRSK-28-214_F2.gif

    Typical SEM images showing (a) top-view and (b) crosssectional view of the Cu2O thin film/ZnO nanorod heterostructure on an ITO-coated glass substrate.

    MRSK-28-214_F3.gif

    (a) X-ray diffraction pattern and (b) Raman spectrum of the Cu2O thin film/ZnO nanorod heterostructure on an ITO-coated glass substrate.

    MRSK-28-214_F4.gif

    Current-voltage (I-V) characteristic curve of the Cu2O thin film/ZnO nanorod heterostructure on an ITO-coated glass substrate at room temperature. The inset shows a schematic circuit of the Cu2O/ZnO heterostructure device.

    MRSK-28-214_F5.gif

    (a) Current density without and with visible light illumination and (b) photocurrent conversion efficiency (PEC) of the Cu2O/ZnO heterojunction photoelectrode under the bias voltage from −0.2 to 1.0 V vs Hg/HgCl2.

    MRSK-28-214_F6.gif

    Photocurrent response of the Cu2O/ZnO heterojunction photoelectrode at bias voltage of 0 V vs. Hg/HgCl2 with visible light chopped (on/off) for each 20 sec.

    Table

    Reference

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