地球上蕴藏的化石燃料十分有限,人类社会迅速的发展导致这些资源被大量的消耗,因此各国都开始关注新能源的发展。太阳能光伏发电技术因其环保、无污染、可持续等优势已经获得了广泛的普及,但光伏发电的效率始终有限。光伏发电接收的太阳辐射中只有少量用于发电,其余大部分辐射能以热量形式存在于太阳能电池表面从而影响发电效率。因此本文设计一种聚光式太阳能光伏与多级温差复合发电模块,在进行太阳能光伏发电的同时,还可以利用太阳能电池表面的热量进行多级温差发电,以此实现对太阳能的充分利用。研究的关键在于光伏发电与温差发电的结合方式、结构、可行性,因此本文先后对设计结构进行了理论研究、仿真研究、实验研究。首先,建立数学模型分析光伏与多级温差复合发电模块。利用塞贝克效应和非平衡热力学建立多级温差发电器的数学模型,计算热量在多级温差发电器中的热传导情况,验证多级温差发电器的可行性,分析影响多级温差发电器的热电输出特性的参数。根据光生伏特效应分析单结太阳能电池和多结太阳能电池的对太阳辐射的吸收利用情况,计算影响两者发电效率的参数。最终确定本文光伏与多级温差复合发电模块的结构为多结太阳能电池和多级温差发电器相结合。其次,使用ANSYS仿真软件分别建立单级、两级、三级温差发电器的有限元模型,对三组温差发电器进行热电场耦合仿真。仿真结果显示三级温差发电器的各项发电性能均为最佳,其中三级温差发电器的发电效率是单级温差发器的2倍,高出两级温差发电器0.59%。由此进一步验证了接近本实验条件下,多级温差发电器的可行性,并确定了后续实验所用的光伏与多级温差复合发电模块中温差发电器为三级结构。最后,根据实验的需求设计实验装置,并搭建实验平台进行实地测试。通过数据处理和分析,发现一天之中不同时刻的光伏与多级温差复合发电模块总输出功率比单一光伏电池提高了5%～16%不等,说明复合发电模块具有一定的增益效果。复合发电模块全天发电效率均比单一光伏发电高出3%左右。实验结果验证了聚光式太阳能光伏与多级温差复合发电模块的可行性,实现了对太阳能辐射利用的最大化。