Fotoelektrokimyasal (PEC) hücreler, suyu H2 ve O2'ye ayrıştırmak suretiyle güneş enerjisini kimyasal enerjiye çeviren cihazlardır. Güneş enerjili su ayrışması sırasında (foto) anot üzerinde oksijen evrimi reaksiyonu (OER) gerçekleşir ve (foto) katot üzerinde hidrojen açığa çıkarma reaksiyonu (HER) gerçekleşir. Oksijen evrimi reaksiyonundaki fotoanotların zayıf aktivitesi, PEC sistemlerinin yaygın kullanımında bir sınırlayıcı faktördür. Diğer bir faktör ise yük taşıyıcıların verimsiz kullanımıdır. Bu nedenle, daha işlevsel fotoanotlara için etkin foto emici materyallere ihtiyaç duyulmaktadır. OER'in verimliliğini, HER'in verimliliğinin seviyesine çekebilmek için oksijeni evrimleştirme yeteneğine sahip oksit yarı iletken ışık soğuran malzemeler sıklıkla kullanılır. Görünür ışık spektrumunda uygun ışık soğurma özelliklerine, iyi katalitik özelliklere, yeterli elektron / boşluk hareketliliği ve yük taşıyıcı ömrüne, yüksek kimyasal kararlılığa ve düşük maliyetli fotoanotlar PEC cihazlarının etkili kullanımı için gereklidir.Bir n-tipi yarı iletken olan bizmut vanadat (BiVO4), diğer metal oksit yarı iletken fotoanotlara göre nispeten dar bant boşluğu (Eg = 2.4 eV) ve uygun bant sınırları nedeniyle su ayırma reaksiyonlarında fotoanot olarak kullanımı için çok dikkat çekmiştir. OER potansiyelleri ile ilgili pozisyonlar. BiVO4 tabanlı fotoanotlardan elde edilen daha yüksek PEC aktiviteleri, morfoloji kontrolü, doping ve oksijen evrim kinetiklerini kolaylaştıran yardımcı katalizör ilavesi ile elde edilebilir.Bu çalışmada, BiVO4 fotoanode filmleri hidrotermal sentez yöntemi ile hazırlanmıştır. FTO kaplamalı cam substratlar üzerinde doğrudan büyütme ve üzerine toz birikimi arasında metodolojileri, doğrudan büyütme en iyi yaklaşım olarak bulunmuştur. Su oksidasyon kinetiklerini geliştirmek için tungsten (W) katkısı kullanıldı ve en iyi aktivite 2.0at% W-katkılı BiVO4 örneklerinden elde edildi. Daha fazla iyileştirme için, iridyum oksit (IrOx) yardımcı katalizörü, su ve ozon oksitleyicileri ile ALD yöntemi kullanılarak fotoanotlara yüklenmiştir. En iyi su oksidasyon aktivitesi, simüle edilmiş güneş ışığı aydınlatması altında 1.23 mA / cm2'de 1.23 V'de RHE'ye karşı oksijen akışı altında suyla oksitlenmiş IrOx yüklü (30 ALD döngüsü) BiVO4'ten ısıl işlemden sonra elde edilmiştir. Hidrotermal reaksiyon süresi ve hidrotermal sıcaklığın etkisi de araştırılmış ve BiVO4 fotoanotlanndan en iyi fotokatalitik performansları elde etmek için 180 ° C'de 2 saat reaksiyon süresine sahip olacak şekilde optimize edilmiştir. Kristalinite ve morfolojinin farklı sürfaktan kullanımı ile modifiye edilebileceği bulunmuştur. Morfoloji dağılımı ve kristallikte artan homojenliğin, BiVO4 fotoanotları için foto akımlarını iyileştirmediği gösterilmiştir.

Photoelectrochemical (PEC) cells are devices that convert the energy of the sun to chemical energy via splitting water to H2 and O2. During solar water splitting, oxygen evolution reaction (OER) takes place on the (photo)anode and hydrogen evolution reaction (HER) takes place on the (photo)cathode. The poor activity of photoanodes in the oxygen evolution reaction is one limiting factor in widespread use of PEC systems. Another factor is the inefficient utilization of the charge carriers. Hence, there is a need for active photo absorber materials to build more functional photoanodes. To match the efficiency of OER to the HER oxide semiconductor photo absorbers with ability to evolve oxygen are often utilized. Semiconductors with suitable light absorption properties in the visible light spectrum, good catalytic properties, adequate electron/ hole mobility and carrier lifetime, high chemical stability and low-cost are required for effective use of PEC devices. Bismuth vanadate (BiVO4), an n-type semiconductor, has gained much attention for its use as a photoanode in water splitting reactions, due to its relatively narrow band gap (Eg = 2.4 eV) among other metal oxide semiconductor photoanodes and suitable band edge positions with respect to OER electrochemical potentials . Higher PEC activities from BiVO4-based photoanodes could be obtained via morphology control, doping and the addition of co-catalyst facilitating the oxygen evolution kinetics. In this study, BiVO4 photoanode films were prepared via hydrothermal synthesis method. Between direct growth and powder deposition onto FTO coated glass substrates methodologies, direct growth was found to be the best approach. Tungsten (W) dopant was incorporated to improve the electronic properties, and subsequently water oxidation kinetics and best activity was obtained from 2.0at% W-doped BiVO4 samples. For further enhancement iridium oxide (IrOx) co-catalyst was loaded on BiVO4 via atomic layer deposition (ALD) method with water and ozone as oxidizers. Best water oxidation activity was obtained from low coverage (30 ALD cycles) water-oxidized IrOx co-catalyst decorated on BiVO4 with 1.73 mA/cm2 current density at 1.23V under simulated solar light illumination. The effect of hydrothermal reaction time and temperature were also investigated, and the sample preparation was optimized to 2h reaction time at 180ᵒC to get the best photocatalytic performances from the BiVO4 photoanodes. It was found that crystallinity and morphology could be modified by using different surfactants. It was shown that increased homogeneity in morphology distribution and crystallinity did not improve the photocurrent densities for the BiVO4 photoanodes.