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热电器件作为利用塞贝克效应能使废热产生电能的固体电子器件，是解决可持续发展中能源问题的重要解决方案。但迄今为止，热电材料普遍较低的热电转换效率限制了该功能器件在温差发电的应用前景，使得寻找足够高热电ZT值的热电材料的理论研究和实验研究近几十年来备受关注。事实上，最近人们分别在AgPb18SbTe20，Bi2Te3基材料的超晶格形态，填充Skutterudite型材料，NaCo2O4,Ca3Co4O9等金属氧化物材料均测量到了较高的热电ZT值，也总结出了提升热电材料ZT值的基本手段，即使得材料具有较低的晶格热导率与电导率，同时拥有较大的塞贝克系数和较高的电导率。而作为广泛用于热电制冷的Bi2Te3型热电材料，如何用低维超晶格化的方法高效提升其ZT值一直是个理论和实验研究热点。最近，随着具有奇特物理性质的三维拓扑绝缘体之发现，以及常见的Bi2Te3热电材料恰好也可以是拓扑绝缘体，引起了人们利用拓扑绝缘体拥有高迁移率表面态与较窄的体带隙的独特性质来设计具有更高热电优值材料的广泛兴趣。研究者期望获得相比块体Bi2Te3基(ZT～1)热电材料显著提升的ZT值，以开发下一代高效热电器件。 本文基于Zheyong.Fan等人的设计的基于三维拓扑绝缘体Bi2Te3薄膜的3D纳米超晶格结构来提升热电ZT值的理论研究。该3D超晶格结构利用真空孔洞的对声子界面散射降低了晶格热导率，同时利用表面态电子的高迁移率，以及界面散射的能量滤波作用散射低能量电子，于是在一定化学势和温度下获得了很高的热电ZT值。我们利用修正有效近似理论和Landauer输运理论分别数值计算了体系热电性质与其几个关键几何参数之间的依赖关系，详细描述其随几何参数增大而演化的模式并用基本输运理论解释其中机制，分析热电ZT值对几何参数组合的优化，探寻其中的特征几何尺寸是如何通过影响电子输运和晶格热输运而改变该3D超晶格结果的热电转换效率。本文工作的意义在于以开辟通过纳米几何优化设计的方法来提高低维超晶格化的拓扑绝缘体热电材料之ZT值的新途径，同时为在其他低维材料中研究热电性能的尺寸依赖性提供参考。 我们将在本文第一，二章介绍热电效应基本原理，热电ZT值提升理论和热电材料研究的最新进展，以及电子输运系数和晶格热导率的基本计算理论。在第三章详细介绍本文研究的背景与采用的计算方法。将第四，五，六，七章作为数值计算结果的讨论分析章节，分别详细阐述了得到的数值结果:1）3D超晶格热电输运对几何放大倍数m的标度关系2）晶格热导率对3D超晶格几何参数的依赖及敏感度分析3）3D超晶格结构的电导率，塞贝克系数，功率因子，电子的热导率贡献对几何参数的依赖性与敏感度分析4）热电ZT优值对该3D超晶格结构几何参数的依赖性与敏感度分析及其优化结果。 我们将在第八章作全文总结，并探讨本课题研究对于实验上通过调节几何尺寸来优化该3D超晶格结构的热电ZT值的指导意义。 本论文数值计算与绘图均采用MathematicaR作为科学计算编程语言。