热电材料是一种能够实现直接把热能与电能相互转换,清洁环保的新型功能材料。Bi₂Te₃系合金是室温附近性能最优异的热电材料,在温差发电和热电制冷领域应用具有广阔的前景,其中Bi_0.5Sb_1.5Te₃为性能最优的p型材料,其最大热电优值（ZT）一直在1左右。因此,在Bi_0.5Sb_1.5Te₃的基础上来提高热电性能,对热电材料的大规模应用具有重要意义。本文以Bi_0.5Sb_1.5Te₃合金为基体,采用定向凝固技术,系统地研究元素掺杂后合金组织演变以及热电输运性能。采用高真空定向凝固炉制备出Zn、Sn、In元素掺杂Bi_0.5Sb_1.5Te₃合金,研究发现,Zn、Sn、In元素掺杂后合金铸态组织成分基本均匀,在对合金在3μm/s的抽拉速率下进行定向凝固后,不仅固液界面平齐,而且凝固稳态区成分分布均匀,没有析出相;为了进一步调整合金载流子浓度,在Bi_0.5Sb_1.5Te₃中加入过量的Te元素,制备出Gex(Bi_0.5Sb_1.5Te₃)_1-x+8wt.%Te（x=0、0.005、0.01、0.05）系列合金,发现合金铸态组织中出现明显的富Te相,同样在合金以3μm/s的抽拉速率进行定向凝固后,不仅得到平齐的固液界面,而且组织成分在定向凝固稳态区均匀一致,原先铸态组织中出现的富Te相消失,合金为单相固溶体。对上述合金进行电热输运性能测试,结果表明,Zn、Sn元素为受主掺杂,增加了空穴浓度,合金的电导率得到提高但Seebeck系数却大幅降低,In元素则为施主掺杂,增加了电子浓度,使空穴浓度相对减少。在Gex(Bi_0.5Sb_1.5Te₃)_1-x+8wt.%Te（x=0、0.005、0.01、0.05）合金中,8wt.%Te的加入很大程度降低了合金空穴浓度,使合金具有较低载流子热导率的同时具有较高的Seebeck系数;合金电导率及本征激发温度随着Ge含量的增加而逐渐增大,Seebeck系数则逐渐降低,主要由于Ge元素的加入,增加了合金空穴浓度;同时声子热导率随Ge元素含量的增多而降低,Ge代替Bi或Sb的位置形成置换固溶体,晶体结构的改变,使晶格发生畸变,增强了声子散射能力,总的来说,当x=0.005时,合金具有较高的功率因子,总的热导率也相对较低,因此热电性能最好,ZT值在430K时最大为0.88,提高了Bi_0.5Sb_1.5Te₃合金在较宽温度区域范围内的热电性能。