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热电技术利用泽贝克效应和佩尔捷效应可以实现热能和电能之间的能量转化,具有结构简单、无污染和稳定性高等优点,在余热利用和制冷器件等领域具有广阔的应用潜力。探索和研究新型热电材料是热电领域重要研究方向。应用于其他领域的某些材料具备优异的电学和热学性能,有成为高性能热电材料的潜力。GeSbTe化合物是一类相变存储材料,其中Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4和GeSb4Te7是三种典型的GeSbTe化合物。GeSbTe化合物三方稳定相是准二维层状结构,具有优异的电导率、低的晶格热导率和窄带隙等优点,是一类具有发展潜力的热电材料。本论文以三种典型的GeSbTe化合物（Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4和GeSb4Te7）为研究对象,系统表征材料的热电性能,并且通过掺杂和固溶方法来提升热电性能。另外,利用第一性原理计算结合相关物理模型深入分析材料的晶体结构和热电性能变化规律。最后,采用磁控溅射方法制备Ge2Sb2Te5薄膜,对薄膜进行退火处理以得到立方相化合物。本文的主要研究结果如下:1、采用传统的熔融退火方法合成了三种GeSbTe化合物:Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4和GeSb4Te7,并且测试了材料的热电性能。X射线衍射和扫描电镜结果表明合成的GeSbTe化合物均为三方相,同时也观察到显微层状结构。GeSbTe化合物具有较高的电性能,在750 K时,最大的功率因子约为13μW cm-1 K-2。热导率的主要贡献来自于载流子热导率,室温下载流子热导率占总热导率的80%左右。块体XRD和EBSD结果说明烧结后的样品表现出弱织构,因此材料性能具有各向异性。以Ge2Sb2Te5为例,理论计算了材料的能带结构,阐述了能带结构的非对称性导致了泽贝克系数的各向异性。平行方向的热电性能要高于垂直方向,在750 K时,GeSbTe化合物平行方向的的z T值为0.4-0.6。2、本工作以Ge2Sb2Te5为研究对象,制备了阳离子位掺杂In样品,分析了In对材料的晶体结构和热电性能的影响。首先,Ge位掺杂In使得材料的a轴晶格常数增大,c轴晶格常数减小。a轴晶格常数是由于In的半径大于Ge导致的,c轴晶格常数减小是因为In掺杂减小了c轴方向某些特定层间距。热电性能测试结果表明,In掺杂显著降低了材料的电导率和热导率,提升了材料的泽贝克系数。热导率降低的主要原因是载流子热导率的减小。In的引入显著提升了材料的有效质量,理论计算表明掺杂In产生了共振能级。最终,材料的z T值和平均z T值都得到了大幅度提高。另外,In掺杂Sb位显著提高了材料的载流子浓度,并且降低了材料的迁移率。材料的有效质量也得到了显著提高。最终,样品最高z T值为0.73,相比于基体增加了约40%。3、合成了Se和S取代Te位样品Ge2Sb2Te5-xSex和Ge2Sb2Te5-ySy。Se和S取代没有改变材料的晶体结构,样品依旧是稳定的三方相。XRD结构精修计算了样品的晶格常数,结果表明随着Se含量升高,晶格常数逐渐减小,这是Se和Te原子半径差导致的。Se和S取代Te位降低了材料的电导率和热导率,提高了泽贝克系数。Se和S固溶样品的载流子浓度降低,这是因为固溶提高了材料的键能,使得Ge空位的形成能增大,因此Ge空位浓度减小。单抛带模型计算了样品的有效质量,发现Se固溶提高了材料的有效质量。利用第一性原理计算了基体和Se固溶样品的能带结构,结果表明在费米能级附近Se固溶样品的态密度大于基体,所以增大了材料的有效质量。Se和S固溶样品的最大z T值分别是0.71和0.74,相比于基体提高了30%左右。4、本工作以GeSb4Te7化合物为研究对象,合成了一系列Bi取代Sb位的GeSb4-xBixTe7固溶体样品。GeSb4-xBixTe7可以形成连续固溶体,所有样品晶体结构均为稳定的三方相。XRD结构精修计算了样品的晶格常数,结果表明随着Bi含量升高,晶格常数逐渐增大。Bi取代Sb明显降低了材料的电导率和热导率,大幅度提高了泽贝克系数。随着Bi含量增加,材料的载流子浓度逐渐降低,迁移率逐渐升高。单抛带模型计算结果表明室温下电性能接近模型预测最大值。另外,采用Callaway模型分析了材料晶格热导率变化规律。最终,GeSb0.5Bi3.5Te7样品室温下具有最大z T值,约为0.46;GeSb1.5Bi2.5Te7样品在550 K最大z T值约为0.69;GeSb1.5Bi2.5Te7样品的平均z T值最高,约为0.52。5、通过磁控溅射方法制备了Ge2Sb2Te5薄膜,控制退火温度,合成了Ge2Sb2Te5立方相。扫描电镜观察到了均匀致密的薄膜,退火后的薄膜没有出现裂纹。EDS结果表明三种元素分布均匀,没有元素富集。立方相薄膜样品的泽贝克系数较高。并且,随着退火温度升高,薄膜的电导率升高,泽贝克系数降低。