随着电子器件小型化趋势的发展,需要具有同样尺寸的器件帮助将聚集的热量散发出去;同时随着能源危机的加剧,人们在迫切寻找低成本提高能源效率的方法。有机分子尺度的热电材料可以同时满足这两种需求,因而越来越受到人们的重视。本论文围绕有机分子尺度材料为研究对象,展开了热电输运机理、热电性质和性能调控的研究。对于有机分子器件,我们研究了分子器件中电极与中间分子的接触方式、耦合变化以及桥接原子替换、电极的掺杂和破坏性量子干涉对器件电子、声子输运和热电性能的影响;同时也研究了有机共轭框架中硼氮对位置、苯环角度及分子晶体材料中维度、外部压力的变化分别对于材料热电输运性质和热电转换效率的影响;另外,我们还探究了各种调控手段增强不同类型的有机分子尺度材料热电效率的可行性和提升幅度。具体而言,我们做了以下的研究工作:首先,我们使用非平衡格林函数结合密度泛函理论的方法,研究了基于非那烯的分子器件的热电性质。结果表明,通过改变分子与电极的接触方式可以显著提高分子器件的热电性能。器件的ZT值在室温下可达到1.2,这比石墨烯的ZT值要高出两个数量级。同时,通过优化分子与电极的接触界面来改变它们之间的耦合强度也可以提高器件的性能。由于这种优化方式使得在功率因子几乎不变的情况下,电子热导被抑制,使得器件的ZT值可以进一步被优化为室温时的1.4和100K温度下的5.9。接着,同样使用结合了密度泛函理论和非平衡格林函数的方法,我们研究了对二甲苯分子器件的热电性质。研究发现,破坏性量子干涉可以在n型的具有两个平行连接的对二甲苯分子的分子器件中触发,并且可以提升分子器件的热电性能。此外,桥接原子的亲电性取代也可以用来显著提高p型单层对二甲苯分子器件的热电效率。掺杂过电极的p型单层分子器件的最佳ZT值可以优化到300 K时的2.2和500 K时的2.8,而n型双层分子器件则可以在300 K时提升到1.2,并在500 K时达到2.0。该工作可以为设计并制造具有p型和n型组件的完整的分子热电器件提供帮助,并且提供了利用破坏性量子干涉效应来提高双层分子器件的热电性能的思路。然后,运用密度泛函理论结合玻尔兹曼输运方程的方法,我们研究了引入硼氮对的石墨苯基炔的热电性能。研究发现,可以通过控制硼氮对的引入位置来实现材料带隙的调节和热电性能的提升。并且,还可以依靠硼氮对来对具有最佳热电性能的方向进行切换。室温下的ZT值可以在p型和n型热电材料中达到0.6。此外,还发现可以通过旋转这些材料中的苯环来实现对热电性质的进一步调控。该工作为设计电极也为同种材料的热电器件提供了理论支撑,同时提供了通过扭转苯环来调控这类平面热电器件性能的新思路。最后,我们使用结合了密度泛函理论、形变势理论和玻尔兹曼输运方程的方法研究了二维二苯并噻吩并二噻吩分子晶体的热电性质。研究结果表明可以通过掺杂类型和工作方向的改变来实现在最优p型和n型热电材料之间的切换,展示了同种分子晶体材料来组装完整有机热电器件的便利。该材料在室温下的热电性能可以分别达到p型的0.5和n型的0.4,并且随着温度的升高而继续提升。另外,还发现可以通过外部压力来进一步增强材料的热电性能,使得室温的热电效率获得5%的提升。