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热电器件是一种实现热能和电能相互直接转换的结构一体化装置。热电器件的转换效率主要决定于热电材料,而每种热电材料只能在很窄的本征温度区间内具有较高的转换效率,这是目前热电器件转换效率还比较低的原因。本文采用低温Bi2Te3(室温～200℃)和中温CoSb3(200～500℃)为研究对象,借助计算机辅助设计,基于器件输出功率和转换效率最大原则,计算n型和P型Bi2Te3/CoSb3宽温域热电材料的最佳长度比,建立了Bi2Te3热电器件、CoSb3热电器件以及含过渡层Bi2Te3/CoSb3宽温域热电器件的分析模型,并对它们在最大效率条件下不同几何结构、不同工况性能进行了分析。得到了以下主要结果：采用ZT值曲线交点法研究了n型Bi2Te3/CoSb3宽温域梯度材料的最佳界面温度、最佳长度比和该材料构成的n型热电臂最大输出功率。结果表明：n型Bi2Te2.7Seo.3和n型Ba0.4In0.4CO4Sb12之间的最佳界面温度为550K,最佳长度比为9：20.68。负载为0.0099Ω、冷端温度Tc为300K、热端温度Th为800K时,n型热电臂的最大输出功率约为2083mW/cm2。采用ZT值曲线交点法研究了P型Bi2Te3/CoSb3宽温域梯度材料的最佳界面温度、最佳长度比和该材料构成的n型热电臂最大输出功率。结果表明：P型Bi0.48Sb1.s2Te3和P型Ba0.3In0.3FeCo3Sb12之间的最佳界面温度为565K,最佳长度比为5：10.36。负载为0.0232Ω、冷端温度Tc为300K、热端温度Th为800K时,n型热电臂的最大输出功率约为1053mW/cm2。采用有限元方法研究了Bi2Te3器件、CoSb3器件和含过渡层的Bi2Te3/CoSb3宽温域器件最佳结构几何尺寸,并计算了三种器件的最大转换效率。发现Bi2Te3器件的n型和P型热电臂尺寸分别为15×3×2.4mm3和15×3×3mm3,最大转换效率为5.7%。CoSb3器件的n型和P型热电臂尺寸分别为15×3×1.8mm3和15×3×3mm3,最大转换效率为5.0%。 Bi2Te3/CoSb3宽温域器件的n型热电臂尺寸为15×3×2.1mm3(Bi2Te3长3.75mm、过渡层厚0.9mm、CoSb3长10.35mm)和p型热电臂尺寸为15×3×3mm3(Bi2Te3长4.5mm、过渡层厚0.9mm、CoSb3长9.6mm),最大转换效率为8.2%。与Bi2Te3器件和CoSb3器件相比,Bi2Te3/CoSb3宽温域热电器件的转换效率分别提高了45.3%和65.4%。