热光伏发电技术具有高效率、高功率密度、适应热源广泛等特征，揭示其核心部件—电池芯片内部光电能量转换物理机制及影响规律，有利于系统性能的进一步提升。针对GaSb热光伏电池内部的光-电转换过程，建立了微观载流子输运模型，采用光-电耦合仿真方法对其性能参数进行了数值模拟。重点探究了入射辐射光谱特性及功率密度对电池性能的影响。结果表明：当入射光谱辐射功率相同时，电池转换效率随光谱变化呈现明显的非单调性，在波长1.42 μm处达到峰值22.50%。同一光谱下，随着辐射功率密度提高，电池最大输出电功率密度等比例增大，转换效率也随之增大但增幅逐渐减小，波长1.42 μm时增幅最大约4.85%。

利用分子束外延的方法在GaSb衬底上生长GaSb热光伏电池单元，制作了两种不同的1 cm×1 cm面积尺寸的热光伏电池单元，它们有着不同的电极形状。通过不断优化分子束外延的生长条件，以期得到高质量的GaSb外延层。AFM图中显示的表面形貌表明器件有着高质量的外延层，其表面形貌的RMS只有1.5 Å （1 Å=0.1 nm）。测量和比较了两种热光伏电池的器件特性，包括开路电压、短路电流密度、光电转换效率、填充因子以及暗电流密度。在一个模拟太阳光照射下，热光伏电池单元有着0.303 V的开路电压和27.1 mA/cm²的短路电流密度。和只有简单电极形状的热光伏电池单元进行对比，有栅形电极形状的热光伏电池单元在短路电流密度和填充因子上具有更优异的表现。在红外光的照射下，有栅形电极形状的热光伏电池达到了一个最优的填充因子56.8%。