The photoelectrochemical (PEC) cell is a device that directly converts solar energy into chemical energy and serves as a core platform for artificial photosynthesis. Research on PEC-based water splitting began in 1972, when Fujishima and Honda reported the photoelectrochemical water decomposition on a TiO₂ electrode in Nature, known as the Honda–Fujishima effect. The principle of PEC lies in the light absorption of a semiconductor that generates electron–hole pairs, which then drive reduction and oxidation reactions at the electrode interface. In particular, band bending at the semiconductor–liquid junction is a key factor determining charge transport and separation efficiency. When the semiconductor band structure aligns properly with the reaction potentials, bias-free solar-to-chemical energy conversion becomes possible. Recent research has expanded this concept through interface engineering, catalyst design, and multi-junction semiconductor architectures, enabling applications such as hydrogen evolution, CO₂ reduction, and nitrogen fixation.

광전기화학전지(Photoelectrochemical, PEC cell)는 태양광을 직접 화학에너지로 전환하는 장치로, 인공광합성 기술의 핵심 기반입니다. PEC 기반 물 분해 연구는 1972년 Fujishima와 Honda가 Nature에 발표한 TiO₂ 전극의 물 분해 반응, 즉 Honda–Fujishima 효과에서 시작되었습니다. PEC의 원리는 반도체가 빛을 흡수해 생성된 전자–정공 쌍이 전극 계면에서 각각 환원과 산화 반응을 일으키는 데 있으며, 특히 반도체–액체 계면의 밴드 밴딩(band bending) 이 전하 이동과 분리 효율을 결정하는 핵심 요소입니다. 반도체의 밴드 구조가 반응 전위에 정렬되면 외부 바이어스 없이 태양광–화학에너지 전환이 가능하며, 최근에는 계면공학, 촉매 설계, 다중접합 반도체 구조를 통해 수소 생성, 이산화탄소 환원, 질소 고정 등으로 응용이 확장되고 있습니다.