太阳能是一种清洁无污染的可再生能源,目前广泛利用的两种太阳能发电方式为光伏发电和光热发电,基于光子增强热电子发射效应(PETE)的新型太阳能发电技术能够将这两者结合起来,理论上可以实现更高的能量转换效率。本文基于PETE发射机理,设计真空PETE性能测试系统并开展不同工况下的测试实验研究,研究空间电荷效应对PETE能量转换效率的影响规律。设计并搭建了高温PETE真空性能测试系统,针对真空腔体及各连接部件的结构、真空系统、光源系统及参数测试系统进行了详细说明,以非晶硅作为阴极材料,通过测试IV特性曲线分析不同工作参数对PETE发射特性的影响。实验结果表明,光照与温度均能提高发射电流,且光生电流随温度升高而增大。在阴极温度从250℃升高到500℃的过程中,光生电流先迅速增加后趋于稳定,热生电流增加速度越来越大,温度小于450℃时,光生电流远大于热生电流,此时光照对电流影响更大,450℃时光生电流与热生电流的差值最大,为阴极最佳工作温度。但当入射光较弱时,热生电流大于光生电流,此时总电流受温度影响较大。阴极480℃时,极板间距为88μm时发射电流最大,间距小于88μm时电流受极板间铯原子离化影响下降,阴阳极板间距大于200μm后,缩小间距相对升高温度对电流的提升作用有限。阴极对不同波长单色光的光谱响应能力不同,300nm处的量子效率最大,温度升高可以增加阴极的量子效率。基于空间电荷理论,模拟研究了空间电荷效应对PETE电子发射过程的影响规律,研究结果表明,空间电荷积累会在阴阳极板间形成高于真空能级的静电势垒,阻碍阴极出射电子到达阳极。阴阳极极板间距越大,形成的最大静电势能值越大,阴极净电流越小,空间电荷效应影响越严重,缩小极板间距可以有效改善空间电荷效应的影响。建立了PETE阴极能量流动平衡模型,推导了在空间电荷效应影响下的输出电流、电压及转换效率的计算公式,利用Matlab软件模拟了极板间距、阴极温度、表面电子亲和势、阳极功函数对能量转换效率及对应聚光倍数的影响。其他条件相同时,阴极温度和表面电子亲和势均存在最佳值使转换效率最大。阴极温度越高,达到最大能量转换效率所需的表面电子亲和势越大。阳极温度400K,功函数0.8eV时,对不同阴极温度下的表面电子亲和势进行优化,发现当极板间距小于4μm时效率与温度成正比,大于4μm时效率与温度成反比。阳极功函数存在最佳值使效率最大,大于该值时效率随阳极功函数减小线性递增,小于该值时反向电流迅速升高,效率迅速下降,因此阳极功函数需要控制在合适的范围内。