随着能源短缺以及一系列环境问题的出现,清洁能源受到人们的普遍关注和广泛研究。热电材料通过内部载流子的运动来实现热能和电能两者之间相互转换,因而在清洁能源领域具有非常广阔的应用前景。热电器件与传统发电和制冷设备相比,具有构造简单、没有传动部件、没有噪声、没有污染、使用寿命长、可靠性高以及便于维护保养等优点。Half-Heusler化合物具有原材料丰富、成本相对较低、环境友好、高温稳定性和良好的力学性能等优点,因而在高温热电领域具有广阔的应用前景。Half-Heusler化合物的晶体结构通常为面心立方结构,具有非常高的对称性,因此它的能带简并度相对较高。由于过渡金属原子的d电子轨道对导带底和价带顶的贡献很大,往往导致态密度有效质量较大,因此该体系往往具有较高的电输运性能。但是,half-Heusler化合物通常具有较高的热导率,不利于热电能量之间的转换。目前,对half-Heusler热电材料的研究工作主要集中在通过调节载流子浓度优化电输运性质和采用合金化或纳米结构化降低晶格热导率。另一方面,为了更好的提高能源转换效率,寻找具有高功率因子和固有低热导率的新型half-Heusler合金材料尤为重要。本文中,我们通过理论计算研究了half-Heusler合金的电子结构、声子结构以及热电输运性质。基于精确地电子结构信息,结合半经典的Boltzmann输运理论研究了几种Zr基half-Heusler合金输运性质,主要结论如下:1.ZrXPb（X=Ni,Pd,Pt）half-Heusler的热电输运性质的第一性原理研究利用密度泛函理论,结合半经典的玻尔兹曼输运理论深入探究了half-Heusler合金Zr XPb（X=Ni,Pd,Pt）化合物的电子结构、声子结构以及弹性性质。计算表明Zr Ni Pb、Zr Pd Pb和Zr Pt Pb化合物为间接带隙半导体。Zr原子的d电子轨道对导带底的态密度贡献最大,而Pb原子对价带顶的态密度贡献非常小。在声子态密度图上,Pb原子对低频范围内的声子态密度贡献非常大。所以对于Zr XPb（X=Ni,Pd,Pt）化合物,在Pb位上进行n型掺杂,电子结构基本保持不变,而热导率却可以发生大幅度地改变。对于n型Zr Ni Pb和Zr Pt Pd化合物,优化后的ZT在650 K和1200 K时分别达到1.71和1.75,对应的载流子浓度分别为1.17×1020cm-3和3.43×1020 cm-3。其次,在较宽的载流子浓度和温度范围内均可以获得较高的ZT值,也说明易于在实验上进行性能优化。2.P型ZrCoBi合金的电子结构和热电性质研究p型ZrCoBi合金的能带简并度可达到10,而高能谷简并度将有利于获得高功率因子。实验上测量得知ZrCoBi的平均声速约2800 ms-1,而低的声速有助于实现低的本征晶格热导率。因此从理论设计上,p型ZrCoBi合金具有高的热电性能和能量转换效率。我们利用玻尔兹曼输运方程、形变势理论和Slack模型探究了ZrCoBi half-Heusler化合物的热电输运性质随载流子浓度和温度的变化关系。结果表明,p型ZrCoBi合金在载流子浓度为2.73×1021cm-3,温度为1200 K时,热电优值可达到0.97。理论计算表明p型ZrCoBi是一种良好的高温热电材料。3.Hf掺杂ZrCoBi合金的电子结构和热电性质研究在第四章中通过理论预测,ZrCoBi合金具有优异的热电性能。Hf原子紧随于第六周期镧系元素,由于受到镧系收缩效应的影响,元素周期表中第六周期的过渡元素与第五周期的同族元素的原子半径非常相近,但它们的原子质量有较大差别。所以我们拟设计Hf/Zr固溶来进一步优化p型（Hf,Zr）Co Bi基材料的热电性能。一方面,Hf和Zr的共价半径非常接近,原子质量相差很大。合金化后,点缺陷对电子影响很小,相反,对声子的散射作用很强。经过理论计算,我们发现利用Hf对ZrCoBi中的Zr原子位置进行等电子掺杂,不仅可以有效地降低声学支声子的频率,同时导致了声学支和光学支之间产生强烈的相互耦合效应,从而极大地降低了晶格热导率。当掺杂浓度x=0.25和0.75时,Hf原子掺杂几乎没有降低材料的电输运性能,但是极大地增强了声子之间的相互散射,降低了晶格热导率,从而极大地提高了材料的热电优值。当温度为1200 K,载流子浓度分别为1.32×1021 cm-3和1.56×1021cm-3时,p型Hf0.75Zr0.25Co Bi和Hf0.25Zr0.75Co Bi的ZT值可达到2.74和2.59,远高于纯相的ZrCoBi化合物。研究表明p型Hf0.75Zr0.25Co Bi和Hf0.25Zr0.75Co Bi是一种性能良好的高温热电材料。