通过光电催化分解水是将具有间歇性的太阳能转化为具有高能量密度和可储存的氢能的重要方式之一,是应对能源短缺和环境问题的重要途径。光电催化体系以半导体材料为吸光载体,实现光生电荷的产生、分离传输和表面催化反应。单晶硅半导体以其地壳元素含量丰富、载流子迁移率高、载流子扩散距离长和工业技术成熟等优势获得了研究人员的广泛关注。但是,硅材料也有稳定性较差和催化活性较低等缺点,这使得硅电极通常需要负载保护层和催化剂层。因而,在硅基光电极中,光生电荷的产生和表面催化反应通常在两种材料上进行,光生载流子的分离传输则至关重要。然而,载流子分离传输和电极性能受多个界面和界面层的影响。因此,对界面层作用的理解、界面层修饰前后界面属性及作用的探究、界面层影响的电荷传输调控是提高电极性能和复合损耗的研究重点。围绕这些问题,本论文的主要研究内容如下:（1）使用原子层沉积（ALD）和磁控溅射（PVD）技术制备了氧化铝（Al Ox）和金属镍修饰的金属-氧化物-半导体（MOS）结构n型硅（n-Si）基光电极,其中金属镍层扮演着载流子收集、保护电极和作为产氧反应（OER）催化剂前体等多种作用。研究发现Al Ox具有比Ti Ox和Si Ox更优异的界面钝化作用。通过以n-Si和p-Si为基底、以Ni和AZO为集流层,发现了Al Ox存在界面负电荷,使Al Ox同时具有优异的场效应钝化作用和化学钝化作用。此外,针对界面层在界面钝化和电荷传输之间很难同时满足的问题,在实验上通过Ni的沉积功率进行了去耦合调控,认为在较高沉积功率下部分镍嵌入厚氧化物层为电荷传输提供了通道。（2）以MOS结构硅基光电极为研究对象,阐述了具有不同特征的界面如何影响光电极的电荷分离传输性能,及其与光电催化水分解性能之间的关系。研究发现,n-Si与Ni的直接接触形成的界面态会导致n-Si严重的费米能级钉扎,进而限制了电极的光压提升。界面沉积Al Ox薄层缓解了半导体与金属接触的费米能级钉扎现象,提升了电极的势垒高度并使得光电极起始电位负移。但是,Al Ox沉积后电极的电荷分离效率依然受限,研究发现存在着施主态深能级缺陷,其会在反向偏压或者阳极偏压下发生电离,导致光生电荷复合的发生。这种随Al Ox带来的深缺陷能够通过进一步沉积薄层金而被消除,最终Al Ox/Au双界面层的联用消除了从半导体硅到表面反应中的近乎所有的载流子提取势垒,获得的n-Si/Si Ox/Al Ox/Au/Ni/Ni Fe Ox光阳极展示出了3.71%的光电转化效率,和相应器件0.75的填充因子。（3）构建了以Mo Ox为界面层的MOS结硅基高效光阳极,探究了Mo Ox的组成和厚度在界面钝化和电荷传输等方面的影响。在光电催化水分解的测试中发现了电极具有特征的光电流平台,其源于光生电荷转移而非Mo物种的氧化还原峰。通过物相表征结合固态电极测试和光电性能探究了Mo Ox的界面钝化作用。通过结合瞬态光电化学测试、电化学阻抗谱和强度调制光电流谱,提出了带内缺陷态辅助的电荷转移路径,并探究了不同界面态和界面层修饰对于施加偏压在能带弯曲上的影响,这对于理解光电极电荷传输机制和发展具有高性能的电极具有一定指导意义。最终,负载产氧催化剂后使得n-Si/Si Ox/Mo Ox/Ni/Ni Fe Ox光阳极获得了0.95 V vs.RHE的起始电位和3.2%的光电转化效率。