半导体热光伏技术是将热辐射用光伏电池转换为电能输出的一项新能源应用技术，有望作为传统光伏技术的重要补充内容在缓解国际社会面临的能源短缺压力上扮演重要的作用。鉴于此项技术在我国尚未充分开展，技术积累较为薄弱，本文主要围绕热光伏技术研究的两个关键性问题进行研究，其一是热光伏电池，其二是热光伏系统的物理实现问题，取得的主要成绩如下：　　 1.针对热光伏电池模拟研究所必需的光吸收谱，我们提出了一种能够将实验测试结果准确解析化的理论模型。在我们的模型中，通过把材料光吸收谱分解为电子能带结构中一组临界点光跃迁吸收的叠加效果，从而将材料光吸收与材料能带结构相联系起来。在我们的模型介电方法中，对临界点有甄别地选用标准临界点吸收模型和阻尼谐振子模型对临界点光吸收进行描述，可以将重要的热光伏电池材料GaSb和0.53 eV GaInAsSb实验数据准确解析化。与离散的实验测试结果相比，我们的模型可以对材料吸收谱进行连续计算，对于相关电池结构的设计而言是具有重要意义的。　　 2.对单结热光伏电池的优化设计。首先，以GaSb材料为电池模型材料，我们系统探讨了电池位型结构、掺杂情况、热辐射谱(辐射体温度和灰度)、表(背)面复合速率等因素对电池结构性能的影响。计算表明：对于GaSb电池而言，最适宜的电池结构为p+/n结构，典型的器件结构为200～500 nm的前端发射区和5～7μm的后端基区所组成；对于n+/p电池掺杂结构，计算表明存在一个最优化的p区掺杂浓度1.5×1017cm-3，且在高掺杂条件下(>3×1017cm-3)，n+/p电池结构在转换效率上要优于p+/n结构；在前高后低掺杂结构中，伴随掺杂浓度的增加，电池结构前端发射区和底端基区厚度存在反补现象，而对于前低后高掺杂结构中，两者具有协同的浓度响应特性；伴随辐射体温度的增加，电池有源区厚度大为减薄，而电池电学性能输出却大为改善。其次，关于0.53 eV GaInAsSb合金电池研究表明，最适宜的器件结构为n+/p结构，且不同掺杂结构下均表明存在普适的最佳轻掺浓度3×1017cm-3；即使在改变辐射体辐射温度和考虑到光生载流子作为多子和少子时迁移率的差异，这种普适的最优掺杂依然不受影响；关于GaInAsSb电池其它方面的模拟几乎与GaSb电池表现行为相似，只有定量上的差异；由于GaInAsSb材料较窄的电子能隙，给定辐射条件下，GaInAsSb电池热电转换效率要优于GaSb电池。　　 3.叠层电池的模拟研究。基于光伏电池细致平衡原理和GaSb基晶格匹配体系，系统研究了GaSb基双结，甚至三结电池相关的结构性能。研究表明：在现实条件下，最佳的单结热光伏电池材料难于在实验中实现，而既有的电池材料并不能十分有效的转换热辐射谱；在叠层结构中，GaSb由于具有较宽的电子能隙，并不适宜作为串接叠层电池的顶电池；与GaSb晶格匹配的InAs0.91Sb0.09材料可以作为重要的热光伏电池材料，与既有的GaSb/GaInAsSb叠层电池相比，GaInAsSb/InAsSb叠层电池对于中低温热辐射有更好的光谱利用效率和更高的热电转换效率；通过设计GaSb/GaInAsSb/InAsSb三结叠层电池结构，叠层电池可以实现达1 V的开路电压特性，几乎是单结GaSb电池的2倍，非常有利于功率热光伏组件的应用设计。　　 4.热光伏机械系统的物理实现。根据太阳热光伏技术的一般性原理，我们设计制作了一套简易但较为完备的热光伏机械系统。利用直径达1米的圆形菲涅耳透镜，实现了近4600倍的几何聚光能力；利用难熔金属钨作为基体材料，制作了筒状钨辐射体；根据热光伏电池性能输出特点，设计并制作了可进行灵活级联设计的热光伏电池微腔系统；通过与课题组既有聚光追踪技术的结合，我们的系统在装配电池之后即可进行太阳热光伏发电的应用研究。这不仅为我们的后续研究积累了经验，也在国内热光伏技术研究中迈出了实质性的一步。