同位素电池因服役寿命长、环境适应性强等特点,在光照强度弱、温度低的深空探测环境中有重要应用价值。但在极端环境下适用的静态换能机制同位素电池中,普遍存在能量转换效率低的问题,限制了其应用。本文基于静态换能机制能量转换效率最高的同位素热光伏电池系统,结合现有实际应用最广的温差换能机制同位素电池,将温差换能器件与同位素热光伏系统进行耦合,基于原有耦合研究平台实验数据,建立了热光伏—热电耦合换能部件传热分析模型,开展了相关模拟研究,通过优化原有耦合换能部件材料和结构,改善了其传热差的问题,有效降低了系统中光伏电池的温度;并结合模拟优化结果,基于Ga Sb电池和深空应用环境,开展同位素热光伏—热电耦合系统设计及性能评价,为后续开展热光伏—热电耦合系统相关研究工作提供参考。本文主要工作及结论如下:（1）基于原有热光伏—热电耦合研究平台实验数据,采用COMSOL软件建立了耦合换能部件热场分析模型,模拟研究了耦合换能部件的传热情况;对换能部件的材料和结构进行了优化,确定了热光伏模块和热电模块的最佳面积比,实现了热量更优传输的同时,使两个模块的能量转换效率均有提升。（2）在上述模拟研究基础上,基于标准同位素热源,设计了同位素热源—辐射器模块,建立了滤波器的等效热模型,实现了辐射器温度有效提升,计算结果与原有研究数据符合较好;并基于MATLAB建立了Ga Sb电池的效率计算模型,确定了增加滤波结构后,Ga Sb电池电输出性能有效提升。（3）采用COMSOL软件,基于上述热光伏—热电耦合系统各部件模型,完成了同位素热源功率为500W的热光伏—热电耦合系统设计,通过模拟计算,系统最大电输出功率为56.4125W,能量转换效率为11.28%;针对比功率最大的模型中的换能部件进行了热阻优化,转换效率提升了26.32%。