热电材料是通过Seebeck效应和Peltier效应实现热能与电能之间的可逆转换的一种功能材料,在温差发电和固体制冷领域具有广泛的应用前景。Bi₂Te₃基合金是典型的室温热电材料,已经开始投入商业化应用。然而,相对于高性能的p型Bi₂Te₃基合金,n型Bi₂Te₃的热电性能较低。如何有效地改善n型Bi₂Te₃的热电性能是Bi₂Te₃基热电材料实现广泛应用的关键。本文选择的研究对象为n型Bi₂Te_2.7Se_0.3,主要开展的研究内容和获得的主要结论如下:（1）由于Bi₂Te₃带隙（约0.15 eV）较小,在室温附近出现的本征激发使得材料的热电性能随着温度的增加而急剧下降。本文通过一种节能节时的方法（高能球磨法+直流快速热压）制备Te过量的Bi₂Te_2.7Se_0.3材料,通过控制Te含量来调节本征点缺陷。过量的Te原子占据Bi位形成带正电的反位缺陷Te·_Bi,使得载流子浓度显著增加,提高了材料的电导率的同时延缓了本征激发。由于本征激发被有效延缓,材料的双极热导率显著下降。另外,受益于反位缺陷Te·_Bi增强了声子散射,晶格热导率有所下降。最终,Bi₂Te_2.71Se_0.3的ZT值在373 K时达到0.9,平均ZT值（300-498 K）达到0.82,相比于Bi₂Te_2.7Se_0.3分别提高了20%和61%,展现了其在热电功率发电方面的应用潜力（低于500 K）。（2）选择商用Bi₂Te_2.7Se_0.3作为基体材料,利用离子置换反应原位构筑Bi₂Te_2.7Se_0.3/Bi₂S₃异质结构。在溶剂热条件下,含硫基团（-CS-）首先吸附在Bi₂Te_2.7Se_0.3粉体颗粒表面,然后在原位水解生成S^2-离子,再与Bi₂Te_2.7Se_0.3发生阴离子置换反应形成Bi₂S₃。适当浓度的Bi₂Te_2.7Se_0.3/Bi₂S₃异质界面对电导率无明显影响。异质界面产生的势垒过滤效应提高了材料的Seebeck系数,从而使得其功率因子得到一定程度的增强。另外,受益于异质界面显著增强了声子散射,晶格热导率降低。最终,材料的最大ZT值在473 K时达到0.7,平均ZT值（300-548 K）达到0.61,相比于基体分别提高了23%和25%。（3）商用Bi₂Te_2.7Se_0.3与S粉按一定比例均匀混合后进行热压烧结。在高温固化过程中,一部分S被升华,从而在材料中留下纳米尺度的孔隙;另一部分S则掺杂进入Bi₂Te_2.7Se_0.3晶格从而形成了原子尺度的点缺陷。由于缺陷的引入使得电导率有所降低。然而,受益于有效质量的提高,Seebeck系数得到明显改善,进而提高了功率因子。另外,受益于多尺度缺陷显著增强了声子散射,晶格热导率降低。最终,材料的最大ZT值在473 K时达到0.85,平均ZT值（300-548 K）达到0.74,相比于基体分别提高了49%和51%。