面向国家在航空航天领域对长寿命、高可靠同位素电池的需求,本文针对辐致光伏效应核电池性能的优化增强与服役退化展开研究。从材料选取、参数设计、器件制备、机理分析、结构优化、服役性能测试等方面开展了一系列的研究工作,主要研究内容概括如下:1)设计制备出各换能部件之间高效匹配耦合的辐致光伏效应核电池,并探究提升其能量转化效率的限制因素。通过模拟研究结合实验验证,精细化分析材料微观结构与宏观性能之间的对应规律,探究光子波长与光伏单元量子效率之间的优化匹配,设计出63Ni/ZnS:Cu（12μm）/AlGaInP结构的辐致光伏效应核电池。揭示了光伏单元的“能量阈值效应”,即当入射光强小于某一阈值时光伏单元的转化效率随着入射光子能量的增强而提高,基于此采用高活度源项使同位素电池的转化效率提升至0.87%,输出功率达到2μW。2)提出了基于材料辐照改性增强与能量转换结构优化的转化效率提升方案。采用γ辐照增强ZnS基荧光层的辐致荧光光子产率,并对该增益现象的内在机理进行了深入分析,阐明了其光学、电学性能随着受照射剂量以及掺杂物等影响因素的变化趋势,有效提升辐致荧光转化效率;又设计制备了一种新型换能组件耦合结构,通过减少光子输运过程中的反射、透射等能量损失,并增加射线粒子与荧光材料作用界面来提高效率。采用如上两种方法对电池进行设计制备可将辐致光伏效应核电池的能量转化效率提升82.3%。3)探究辐致光伏效应核电池在长时间服役过程中的性能变化规律以及各换能部件的辐照损伤机制。在278天的服役时间内对8组辐致光伏效应核电池分别进行了26次电学性能参数采集,并分析了在时间尺度以及剂量尺度上换能组件的性能变化趋势,揭示了同位素电池中换能部件自身性能的衰减是影响稳定服役的主要因素;采用加速实验对荧光层及光伏单元进行了剂量等效分析与注量等效研究,阐述了光伏单元的原位性能衰减规律,并分析了荧光层中各组分材料的耐辐照特性以及受照后的性能变化,并提出了相应的优化方案。本文所做研究工作基于辐致光伏效应核电池的性能优化与服役评价,开展了大量的实验研究与理论分析工作,为开发用于空间探索的小型同位素电池奠定了实验技术基础与理论参考依据,提高了电池的能量转化效率明确了部件的服役性能规律,为后续的相关研究工作提供了新的路线与方案。