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工业的快速发展导致能源需求日益增长,能源供给和随之而来的环境问题也愈发严重。开发新型清洁能源材料是当下研究的热点,而能够实现热能和电能直接相互转换的环境友好型热电材料为此提供了一种新思路。传统热电材料如Bi2Te3、PbTe和SiGe等相关研究已经比较系统全面。近年来,新型热电材料的探索引起科研工作者的关注。本文讨论的Cu2GeSe3热电材料就属于其中一种。关于该新型Cu基材料的研究非常有限,而与之结构、声子谱等相似的Cu2SnSe3材料被广泛研究,并且其热电优值最大值已经达到1.4左右。反观Cu2GeSe3热电材料目前文献报道最大值仅为0.65,这就表明Cu2GeSe3热电材料的研究潜力很大。Cu2GeSe3材料的结构可以分为两部分,Cu-Se原子构成材料结构框架,可为载流子输运提供通道;而Ge原子则类似于方钻矿结构的填充原子,作为声子散射中心存在,同时也提供电子调节载流子浓度。基于此,本文选择在Cu2GeSe3材料的框架原子和填充原子上分别进行固溶和掺杂处理来优化材料的热电性能。采用传统固相反应并结合火花放电等离子烧结制备样品,系统地研究了优化后Cu2GeSe3体系材料物相成分、微观结构以及热电性能。主要研究工作和结论如下:1)在Cu位等电子固溶Ag元素,制备了一系列Cu2-xAgxGeSe3(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)样品。Ag在Cu位上具有较高的固溶度(～10%),因此会增强点缺陷声子散射,导致晶格热导率大幅降低。另外,当Ag的加入量超过固溶度时,会形成Ag富集现象,但由于晶格热导率非常接近理论计算最小值,故Ag富集并未让晶格热导率持续降低。最终,x=0.2的样品在786 K时获得最大zT值0.87,相较母体Cu2GeSe3提升了 156%。2)在 Se 位固溶同族原子 Te,制备了 Cu2Ge(Se1-xTex)3(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)系列样品。当Te固溶量为10%的时候,晶格热导率迅速降低,这是由固溶引入的点缺陷所造成。然而x≥0.2的样品,随固溶量的增加晶格热导率增加,理解为结构扭曲的减少以及晶格参数2c/a趋向于1造成的。最终x = 0.3的样品获得最大zT值0.55@750 K,相比母体Cu2GeSe3而言,提升了 62%。3)以Cu2GeSe3为母体,研究了 Ge位掺杂非等电子Mn、Zn元素以及缺位样品的物相、微观结构和热电性能。发现Ge位进行掺杂或缺位可有效调节载流子浓度,提高电学性能,但热电性能并没有达到预期效果。4)首次在该体系材料中进行双掺杂实验。即选取晶格热导率较低且载流子迁移率相对较高的Cu1.9Ag0.iGeSe3为母体,对该样品进行Ge位掺杂Ga,以此进一步优化材料热电能。最终,在786K时,Cu1.9Ag0.1Ge0.997Ga0.003Se3样品获得最大zT=1.03,这比目前文献报道的最大zT值高58%,也是该材料体系热电优值首次突破1的报道。同时,在320 K到786 K温度范围内,得到平均zT值为0.58,暗示该材料有很大的应用前景。