热电转换元件是利用半导体Seebeck效应将热能转换为电能的温差发电器的核心部分,其转换效率的高低直接影响着温差发电器的性能。因此,本课题研究了高温阶段和中温阶段材料组分与热电性能的关系,设计了由GeSi材料、PbTe材料和Bi₂Te₃材料组成的三段温差电元件。实验发现,在掺杂浓度相等的情况下,在200～700K温度范围内,Si含量约为60%（当x=0.64时）的样品热导率较低。而Si浓度60%～80%之间的样品在高温区具有较好的Seebeck系数。研究发现,PbTe材料在粉碎和热压过程中,引入N型杂质O和S。使P型载流子（空穴）浓度下降,而N型载流子（电子）浓度上升。且球磨后的样品具有较高的热电优值。本文对由GeSi材料、PbTe材料和Bi₂Te₃材料组成的三段温差电元件进行了理论设计,确定了在热面温度1073 K,冷面温度为323 K,元件总长度为20mm时, N型GeSi材料的长度L_1n=17.689mm, N型PbTe材料的长度L_2n=1.428mm,N型Bi₂Te₃材料的长度L_3n=0.883mm。P型GeSi材料的长度L_1p=17.025mm, P型PbTe材料的长度L_2p=1.876mm, P型Bi₂Te₃材料的长度L_3p=1.099mm。元件在该温度差下的无量纲优值ZT可达到0.41。热电转换效率可达6.71%。发电效率和可用性是目前国内外新型洁净领域里重点攻关的课题之一。为扩大其应用范围,本文研制了适用于800℃至室温条件下,由GeSi材料、PbTe材料和Bi₂Te₃材料组成的三段温差电元件,为开发高效率的温差发电器提供了理论和实验基础。