光子增强热电子发射（PETE）是近年来提出的一种新的太阳能光电转换概念。PETE将太阳光聚光光热与热电子发射的过程结合起来,有望在降低热电子发射阴极温度的同时提高能量转换效率。自从PETE概念被提出以来,这方面的研究大多集中在理论层面,本文以石墨烯气凝胶为研究对象,在实验中研究了石墨烯气凝胶的PETE现象。本文研究内容及结果如下:（1）石墨烯气凝胶的制备与表征部分:以氧化石墨烯为原材料,采用水热还原法和冷冻干燥制备石墨烯气凝胶,分别采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其形貌和组织结构进行了表征。采用傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱评估了还原程度和原子浓度的变化,X射线衍射图谱用来确定石墨烯气凝胶的结晶质量。结果表明制得的气凝胶为圆柱状,在微观结构上是由二维石墨烯片蜷曲搭接而成的三维网状结构;经过水热还原后绝大部分的C-O官能团以及C sp3消失,气凝胶表面残留少量的C=O官能团。（2）测试系统搭建部分:以分子束外延设备的进样室为基础改造成真空度可达10-4Pa级别的真空环境;设计了真空接口、连接管路和转接器;设计并定制了可使高强度光线照射并能导出电信号的真空腔体;设计了石墨烯PETE器件;为石墨烯PETE器件选择了合适的测量设备以及光源。（3）光子增强热电子发射研究部分:以石墨烯气凝胶为研究对象,3D石墨烯粉末和2D石墨烯为对照组进行PETE测试实验,成功观察到响应电流。通过间断照射、改变激光能量密度来确定响应电流与高强度光源照射强度之间的关系;改变偏压并计算了石墨烯PETE器件的能量转换效率以及偏压对PETE响应电流的影响;对PETE过程建立简化的数学模型,计算出PETE过程中阴极温度对电流密度、导带中非平衡载流子浓度、光电转换效率的影响;通过模型来解释实验中石墨烯PETE器件在持续照射下电流的变化趋势,长时间照射的电流变化趋势与模型相符。本文制备了石墨烯气凝胶,成功搭建了实验测试环境。研究结果表明石墨烯气凝胶具有明显的PETE响应电流,产生PETE现象与否的关键因素在于入射光的能量密度,且PETE响应电流与入射光能量密度有着正相关的关系,器件的转换效率约为1.34×10-5%,转换效率低可能与阴极中存在损耗以及其它因素有关,有待进一步的研究。长时间照射下响应电流的趋势与理论模型一致。