金属-绝缘体-半导体（MIS）结构被广泛应用于硅基太阳能水分解光电极中，以保护硅层不受腐蚀。通常，在优化绝缘子厚度时，人们需要在效率和稳定性之间进行权衡。此外，在制造MIS光电极时，经常需要光刻图案化。

近日，美国得克萨斯大学奥斯汀分校Edward T. Yu，Li Ji报道了展示了一种低成本和高度可扩展的方法，通过利用Al通过绝缘氧化层的薄膜反应，然后电沉积Ni，而不需要任何光刻图形，成功制造出一种高性能和非常稳定的Si基MIS光阳极。

文章要点

1）Al与SiO₂或Si的薄膜反应导致Al“尖峰”局部穿透到衬底材料中，这会导致Al接触金属化的硅pn结结构中的电短路。此外，Al尖峰也可以通过绝缘层SiO₂发生，并且已经被利用来通过Si上的氧化物钝化层形成欧姆接触。

2）在以Al为金属层的MIS光电极结构中，Al/SiO₂/Si结构在300 °C以上退火会导致Al穿透下层SiO₂，并导致MIS结构中局域金属尖峰的形成。而每个金属尖峰则提供了通过厚SiO₂的局部导电路径。典型的尖峰密度为10⁸-10⁹ cm⁻²，能够非常有效地收集光生载流子。此外，氧化物的周围区域仍然具有电绝缘性，并保留了它们的保护功能。

3）在这项工作中，在SiO₂层中形成局域Al尖峰后，Al被腐蚀，并通过电沉积被作为OER催化剂的Ni所取代。在电沉积过程中，Ni覆盖了裸露的Si表面，导致分散的Ni纳米岛在SiO₂表面的相应位置生长。剩余暴露的厚SiO₂和电沉积Ni在碱性水溶液中具有优异的耐蚀性。

该工艺无需采用任何复杂而昂贵的光刻工艺，即可形成效率高、长期稳定性好、成本低、可制造性好的Si基MIS光阳极。

参考文献

Lee, S., Ji, L., De Palma, A.C. et al. Scalable, highly stable Si-based metal-insulator-semiconductor photoanodes for water oxidation fabricated using thin-film reactions and electrodeposition. Nat Commun 12, 3982 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-24229-y

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24229-y