航空航天领域一直是美国、俄罗斯、欧盟、日本、印度、中国等国家的研究重点,以人造卫星等空间飞行器为代表。外太空环境的极端性和复杂性则对卫星的能源供给提出了较高要求,目前近地卫星用电池多为太阳能电池、锂离子电池等。而在深空探测领域,如近月、近火卫星等,需要长时间无太阳光照射的背光工作,太阳能、锂离子电池往往无法长时间满足深空探测的特殊需求。上世纪50年代,为了解决能源持续供给的问题,以美、前苏联为首的国家转向研究基于反应堆和放射性同位素热源的核电池。核电池最初服务于在国防军工事业,现逐渐趋向于民用。目前同位素电池主要包括同位素热光伏（RTPV）和同位素温差电池（RTG）,而单一同位素电池受制于自身理论极限,无法进一步提升系统转换效率,在追求质量比功率的深空探测领域,将二者结合所构成的同位素光伏-热电耦合电池具有很大的研究意义。随着钙钛矿光伏电池的研究深入,由于在低温段温度升高对其转换效率影响较小,可作为耦合系统中RTPV的发电元件,能够在保持较高光电转换效率的同时,将热能通过温差电池进行二次发电,进而提升系统的能量转换效率。目前,国内关于光伏-热电耦合发电的研究以理论计算居多,实验研究相对匮乏,且缺乏一套与实验适配的模拟仿真系统。本文设计搭建了基于实验室条件的耦合平台,并建立了一套与实验数据吻合的仿真模型,由于目前钙钛矿电池研究尚未成熟,本研究采用商业化硅电池,可为未来基于钙钛矿电池的同位素光伏-热电耦合电池的研究做技术储备。在物理设计部分,首先分析了光伏电池与温差电池间接触热阻对系统性能的影响,并设计出一种新型的卡扣结构,可在实现各部件稳定连接的同时有效降低接触热阻的影响。然后结合有限元仿真软件模拟系统温度分布及电输出性能,从而优化并确定了系统内连接方式和各部件材料的选择。最后搭建了光伏-热电耦合平台,实验装置基本与设计吻合,结构稳定,符合预期。在实验分析部分,首先开展系统稳定性测试实验,记录系统关键位置的温度随光照强度的变化趋势。然后通过分组实验分析了光伏电池受光面光照强度、光伏电池温度对光伏、温差电池输出性能的影响。最后分别建立了光电和热电的仿真模型,将仿真输出与实验数据进行对比以验证模型的可靠性。在模拟优化部分,在已验证的有限元仿真软件中建立对照组和实验组,分析了卡扣表面积、引脚宽度和与热电器件隔热层导热系数对耦合系统能量转换效率的影响,得到了基于本设计的结构优化方案,使系统能量转换效率进一步提升。最后,全文综合研究了影响光伏-热电耦合发电系统性能的各个因素,较为完整地阐述了系统设计、实验分析、模型仿真及结构优化过程,建立了一套光伏-热电耦合系统的研究方法,为将来类似研究工作的发展提供了有益的指导。