为提高三结砷化镓太阳能电池芯片表面能流分布的均匀性，对菲涅尔高倍聚光PV/T系统采用正交试验法进行多因素均光优化，并根据极差分析结果进一步优化得到光斑均匀性89.11%、光学效率89.29%、接收角1.09°的菲涅尔高倍聚光系统。将计算所得能流密度加载至电池芯片表面，通过有限元分析法模拟了电池芯片的温度分布，并与原系统、菲涅尔单级聚光系统和理想均匀辐照度下电池芯片温度分布进行比较。研究结果表明优化后的能流分布更均匀；电池芯片表面的温差随着能流密度分布均匀性的增加而减小，优化的菲涅尔高倍聚光系统能有效降低电池芯片中心位置能流密度，提高能流和温度分布的均匀性。