能源一直是人类发展进程中最关键的因素。现阶段世界上的主要能源,包括石油、煤炭、天然气等属于不可再生能源;风力、地热能、水力、核能、生物质能等可再生能源的利用,近年来有较大的发展,但仍作用有限或技术不成熟。能源的探索与人类社会的长远发展息息相关。由于环境污染和能源危机的加剧,开发绿色能源,提高能源利用率已成为当前广大学者十分关注的问题。本论文在对当前热光伏电池、热离子发电、石墨烯应用等方面的研究现状和发展前景作充分调研的基础上,构建了一种由石墨烯阳极热离子发电器和光伏电池组成的新型能量转换耦合系统。通过理论分析和数值模拟,对系统性能作优化分析,确定了相关性能参数的最佳工作区间,得出系统的最大效率和最大输出功率密度。主要包含以下内容:研究了由石墨烯阳极热离子发电器和光伏电池组成的新型耦合能量转换系统（TIPV）的性能特性。推导了两个单子系统和耦合系统的输出功率密度和效率的表达式,分析了发射极温度、输出电压和禁带宽度等对耦合转换系统性能的影响,确定了系统的输出功率密度、效率和输出电压等几个关键参数的最优工作区间。结果表明,在最佳工作区间内,以石墨烯为阳极的耦合转换系统的性能明显优于以普通金属为阳极的系统的性能。研究还发现,在一定的温度范围内,耦合系统的最大效率和输出功率密度明显超过单独工作的热离子发电器和热光伏电池的最大效率和输出功率密度。在本文构建的模型中,引入了以石墨烯作为热离子发电器集电极材料的新构想,通过模拟计算证明了以石墨烯为阳极的TIPV系统的优越性。这一研究结果对实际热离子发电器和光伏电池组成的耦合系统的设计与制造有一定的理论指导价值。