中文摘要：

空间近日等强辐照条件下光伏电池输出功率大幅下降，为解决这一问题将光伏器件与热电器件结合起来，以GaInP/GaAs/Ge光伏电池和Bi2Te3热电池为基本单元，构建平板式光热耦合电源器件模型。综合考虑器件基体热辐射，热传导和热对流及光电转换等多种因素，优化GaInP/GaAs/Ge-Bi2Te3光热耦合电源器件结构，分析其特定辐射条件下的输出功率与转化效率，研究光电池和热电池电能输出耦合方式，明确这一新型器件在强辐照条件下相对于传统光伏器件的优势。本项目的完成将为光热电耦合电源器件的制备提供理论基础，这对进一步提高空间太阳能利用率具有重要的科学意义。

结论摘要：

光热耦合电源器件，也可以称作光热级联器件，是将光伏电池与热电器件耦合为一个整体的新型半导体器件，能同时对太阳能进行光电与热电转化，适用于高温、空间高辐射等极端环境。本项目以GaInP/GaAs/Ge光伏电池和Bi2Te3热电池为基本单元，构建了平板式光热耦合电源器件模型。通过有限元计算，综合考虑器件基体热辐射、热传导、热对流及光电转换等多种因素，优化GaInP/GaAs/Ge-Bi2Te3光热耦合电源器件结构，分析其特定辐射条件下的转化效率和最大输出功率。研究发现，Bi2Te3热电池的集热比、热臂长度对其工作温度与性能有显著影响，热沉对器件转化效率与输出功率影响相对较弱。Bi2Te3热电池单纯作为太阳能热电器件时，其热电转化效率不低于5.4%；作为GaInP/GaAs/Ge-Bi2Te3光热耦合电源器件的热电单元时其热电转化效率可达2.1%。进一步的研究发现，在600~2700W/m2 辐射功率范围内GaInP/GaAs/Ge-Bi2Te3光热耦合电源器件的转化效率相对于GaInP/GaAs/Ge光伏电池有4个百分点左右的提高。这一结果明确了光热耦合电源器件相对于传统光伏器件的优势，表明光热耦合电源器件在理论上是可行的，具备进一步实验与应用研究的价值。本项目的完成为光热电耦合电源器件的制备提供了理论基础，这对进一步提高空间太阳能利用率具有重要的科学意义。