热电器件转换效率的高低取决于热电优值（ZT值）,因此若实现高转换效率需热电材料在宽温域具有高ZT值。当前单一热电材料高ZT值工作温度区间窄且ZT值还有待提高,因此提高热电材料ZT值和分段式组合是获得高转换效率的有效途径。本文以低温热电材料Bi_0.5Sb_1.5Te₃和中温热电材料Sb₂Te₃为研究对象,提出利用受主掺杂和扩大带隙的手段提高热电优值和拓宽温度区间,实现宽温域具有高ZT值的思路。系统研究Mg受主掺杂对Bi_0.5Sb_1.5Te₃和In-Mg掺杂对Sb₂Te₃组织结构和热电性能的影响,优化出最佳热电优值的成分,最终采用有限元对优化后的Bi_0.5Sb_1.5Te₃和Sb₂Te₃基分段器件进行性能仿真,获得如下研究成果。采用高能球磨结合火花放电等离子烧结（SPS）制备出含有孪晶结构的Mg_xBi_0.5Sb_1.5-xTe₃低温热电材料。对材料热电性能的研究表明,Mg掺杂能够有效地增大载流子浓度,抑制本征激发,并且引入点缺陷,实现功率因子提升的同时,降低晶格热导率和双极热导率,协同提升了Bi_0.5Sb_1.5Te₃的热电性能,最终Mg_0.01Bi_0.5Sb_1.49Te₃在300 K-480 K区间获得了1.23的高平均热电优值。Bi_0.5Sb_1.5Te₃中Mg受主掺杂不仅提升了最高ZT值,同时拓宽了工作温度区间。Sb₂Te₃具有更大的带隙（E_g=0.2 eV）和更高的熔点（902 K）,但在250℃之后,由于本征激发导致ZT值过早降低。采用In掺杂来增大带隙,抑制本征激发。In掺杂降低载流子浓度和电导率,并引入点缺陷,导致功率因子和晶格热导率均降低,最终In_0.1Sb_1.9Te₃在250℃⁴00℃区间ZT值获得提升,同时扩大带隙。在此基础上,Mg受主掺杂提高载流子浓度和电导率,抑制本征激发,最终Mg_0.025In_0.1Sb_1.875Te₃在整个温度区间拥有最高的热电优值,在680 K达到了0.96,相比于未掺杂的In_0.1Sb_1.9Te₃的热电优值提高92%。最后,采用有限元仿真计算Mg_0.01Bi_0.5Sb_1.49Te₃和Mg_0.025In_0.1Sb_1.875Te₃分段器件的转换效率。结果表明,在温差为300 K-680 K时,电流密度J=0.36 A/cm²获得最大转换效率η_max=12.6%,J=0.44 A/cm²获得最大输出功率P_max=1.55 W/cm²。相比于Mg_0.02In_0.1Sb_1.88Te₃单一材料器件转换效率而言,分段式转换效率获得大幅提升。