本文从光子增强热电子发射效应（PETE）在太阳能方面的应用开始分析,对其中的核心组件负电子亲和势砷化镓（NEA GaAs）光电阴极的工作原理、工程结构、材料特性与光电转换性能进行了实验与研究。首先,文章介绍了国内外太阳能发电领域的发展情况,说明了PETE效应的先进性。围绕PETE系统本文分析了其中核心装置的工作原理,以透射式GaAs阴极作为研究对象,对其发射电流理论模型与工作模式进行了探索,并阐明了负电子亲和势（NEA）阴极的优越性,为之后的工程与理论层面的研究确立方向。针对透射式NEA GaAs光电阴极的结构特点,分析了具备玻璃层、增透层、窗口层和发射层的四层阴极主体结构的设计合理性。接着对其制备工艺进行系统性的研究,制备流程中主要包含生长、清洗与激活等步骤,并建立了透射式NEA GaAs光电阴极内部结构三维模型,有助于更直观地分析其内部工作机理。建立GaAlAs的晶体模型,并利用CASTEP基于第一性原理对Ga0.5Al0.5As的电学和光学特性进行仿真与分析论证,得到了阴极材料的禁带宽度、吸收谱和反射谱等光电参数。之后,在稳态扩散理论的基础上建立透射式NEA GaAs光电阴极的电子动态运输模型,并通过分析其中的光电子产生函数,指数掺杂内建电场和复合界面边界条件,完成量子效率公式的推导与仿真。最后,利用自行搭建的测试系统,实现了对透射式NEA GaAs光电阴极的光谱响应、伏安特性等性能的测试实验。结合实验数据与相关理论,分析了不同波长下的阴极的光谱响应表现,进一步论证其作为太阳能发电器件的可能性。通过实验探究了光照情况对其性能的影响。本文立足于新能源领域的新型太阳能发电技术,并针对基于PETE技术的发电系统核心装置阴极进行了层层深入的原理性研究与仿真分析,对如何改善太阳能光电转换器件的性能有参考价值。