能源和环境是当今社会面临的两大问题。随着化石燃料等不可再生资源的日益紧缺和环境污染日益加重,这就迫切需要寻找替代能源。太阳能光伏发电技术是解决能源危机的重要途径之一。尽管如此,传统太阳能电池的高成本、低效率和寿命短等问题制约了其广泛发展与应用。开发新型热电转换器件和聚光太阳能电池,优化性能参数,提升能源利用率,降低成本,是新能源器件研究中的热点问题。本论文主要研究两类近场热辐射热电转换器件、三类聚光型太阳能电池及自旋塞贝克热电转换器件与温度传感器的性能,优化器件参数,主要研究内容分为四个部分。第一部分即第二章,研究了近场热辐射效应在新型热电转换器件中的应用。建立了不可逆近场热光伏和热辐射电池的模型。基于波动电动力学理论,考虑了传热不可逆性对两类器件性能的影响。通过数值模拟,得到p-n结在不同性能参数下的运行温度。在兼顾功率输出和效率情况下,获得真空间隙和输出电压等参数的优化判据。第二部分由第三至第五章组成,结合太阳能聚光器与热光伏电池、热离子发电器和热辐射电池,设计了三类新型高效聚光型太阳能电池的模型。考虑了热吸收器到环境的辐射和反射热损失以及低温端到环境的热损失等多种不可逆热损失。研究了三类聚光型太阳能电池在最大效率下的参数特性。研究表明优化真空间隙和输出电压可获得近场太阳能热光伏电池的最大效率;优化热吸收器的面积与热辐射器的面积之比、半导体带隙和输出电压获得可远场太阳能热光伏电池的最大效率;优化热吸收器的面积与阴极的面积之比、真空间隙和输出电压可获得真空热离子太阳能电池的最大效率;优化聚光器的聚光度、输出电压和半导体带隙可获得热辐射太阳能电池的最大效率。第三部分由第六和第七章组成,在热光伏电池的基础之上,提出了固体氧化物燃料电池与远场热光伏电池及热离子器件与近场热光伏电池耦合系统的模型。研究表明远场热光伏电池可以将固体氧化物燃料电池产生的部分余热转化为电力,提高能量转换效率,通过对性能参数的优化设计,可获得耦合系统的最大输出功率密度;近场热光伏电池可以将热离子阴极材料释放的部分近场辐射能流转化为电力,从而提高能量的利用率。第四部分即第八章,研究了基于纵向自旋塞贝克效应的发电器的优化性能特性,系统分析了器件处于最佳运行状态下的结构参数和输出电压的优化设计和负载匹配问题,提供了重要参数的优化判据。另外,提出了基于纵向和横向自旋塞贝克效应的温度传感器的模型,详细介绍了温度测量的原理,给出了温度和开路电压信号之间的关系式,讨论了自旋霍尔角和金属的厚度等参数对测量灵敏度的影响,对两种温度传感器的性能进行了比较,研究表明两种温度传感器可用于纳米尺度环境下的温度探测。研究新型高效热电转换器件和聚光太阳能电池的优化性能,对于太阳能、放射性同位素衰变热、工业余热等能源的开发利用具有重要的意义。