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能源危机和环境污染促使着研究者开发利用新型可再生的能源,而热电转换技术相比于现有的能源技术,具备特有的一些优点,如全固态转化过程、无机械传动部件、体积小、可靠性高、环保无污染、无噪音、无排放物等;并且,只要存在温度梯度,热电材料就能实现热与电的可逆转换,不受地域的局限。因此,热电转换为弥补现有能源的不足提供了一种独特的绿色能源技术。热电能源转换技术可直接将各种形式的废热以及来自太阳的热量直接转换为电能,也可为先进电子设备的热管理或人们的舒适而创造局部冷却。目前,该技术在航空航天、微型电子器件及医疗器件等方面已经有了广泛的应用,而在太阳热、工业废热、及汽车尾气废热等回收利用发电方面也具有广阔的应用前景。因此热电材料作为一种环境友好、稳定可靠的固态能源材料,引起了全球研究学者的关注。近十年来,热电材料研究取得了迅速的进展。特别是基于在混合型化学键的晶体结构中实现“高迁移率-低晶格热导率”的新概念,为探索发现新型热电材料提供了新的视角。具有六角形、三角形或四方对称性的层状结构能够为电子能带提供高简并度,从而保证材料体系具有良好的电输运性质,而本文的研究对象Cr2Ge2Te6正是满足上述要求的一个具有六方高对称结构、并且具有混合型化学键的窄带隙半导体。本文主要以本征低晶格热导率的p型Cr2Ge2Te6系列材料为研究对象,理论方面,通过对能带和态密度等第一性原理计算揭示元素掺杂对其电学输运性质影响的内在物理机制。实验方面,筛选合适的掺杂或固溶元素且探索其最佳含量,研究它们与热电参数之间的联系及影响规律,使得该材料体系的电学和热学输运性质得到优化;并通过扫描电镜SEM与透射电镜TEM对Cr2Ge2Te6基化合物的微观形貌及其化学成分进行表征与分析。此外,本文还探索了Cr2Ge2Te6单晶的制备及进行Fe、Mn元素的有效掺杂,探究该磁性掺杂元素对其磁转变温度的影响,展示Cr2Ge2Te6单晶低温下的电学性能,为该单晶热电材料后续的系列研究奠定了基础。本论文的主要研究内容如下:（1）利用固相反应结合放电等离子烧结技术,成功制备出高致密的Cr2Ge2Te6基多晶材料。基于Cr2Ge2Te6的本征低载流子浓度限制了其热电性能提升的事实,首先试图利用元素掺杂提升空穴载流子浓度,实验上通过对比多种元素单一掺杂Cr2Ge2Te6基化合物的电学性能,筛选出对提升其功率因子有明显效果的掺杂元素Fe,并优化其掺杂含量,研究Fe掺杂及其含量对Cr2Ge2Te6热电输运各个参数的影响规律,并探索了产物的微观形貌与电热输运性质的关联规律。运用第一性原理计算能带结构,对比Fe掺杂前后Cr2Ge2Te6的能带变化,揭示Fe元素掺杂对于提高其电导率的内在本质原因。实验数据表明,相比于母体沿着压力方向的功率因子PF极值～0.23 m W/m K2,Fe掺杂样品Cr1.9Fe0.1Ge2Te6在相同方向相同温度下得到最优的PF～0.37 m W/m K2,从而电学性质得到优化,结合该材料的本征低热导率,使得无量纲热电优值z T极值由0.3提升到0.4。此外,Cr2Ge2Te6本征二维层状结构的特点使其热电性能表现出明显的各向异性,通过对比沿着压力和垂直于压力两个方向的各个热电参数,得出该材料具有最优热电性能的方向是平行于压力的方向。（2）基于Fe元素掺杂对提高Cr2Ge2Te6载流子浓度的有效性,经过多次实验探索和筛选,并对比Fe、Mn这两种元素相同掺杂含量的Cr2Ge2Te6基化合物的热电性能参数,确定了比Fe掺杂更合适的Mn元素掺杂。通过理论计算对比Mn掺杂前后能带和态密度的变化,解释其对电学输运影响的物理机制;对比母体与掺Fe、Mn元素的Cr2Ge2Te6基化合物的投影态密度PDOS,探究掺杂元素对费米能级附近总的态密度的影响,探寻由掺杂而引入的杂质能级的起源,并揭示Mn元素较之Fe元素掺杂对提高空穴载流子浓度更有效的本质原因;理论计算能带结合单带抛物线模型,寻找Mn元素掺杂后迁移率升高的原因。运用SEM和TEM对Mn掺杂样品Cr1.9Mn0.1Ge2Te6进行微观结构表征和成分分析,验证样品中Mn元素的有效掺入,并探索微观形貌与热电性能参数之间的联系及影响机制。进一步优化Mn元素的掺杂含量,得出热电性能最佳的化合物为Cr1.9Mn0.1Ge2Te6,其功率因子极值可达到0.57 m W/m K2,是母体Cr2Ge2Te6的功率因子极值的2.5倍,而其热电优值z T极值可达到0.63,是母体的2倍,最终Mn元素掺杂较大程度的优化了p型Cr2Ge2Te6的热电性能。通过对比Mn掺杂Cr2Ge2Te6样品平行于压力和垂直于压力两个方向的热电性能参数,验证了平行于压力方向的热电性能更优异的结论。（3）通过在Ge位和Te位分别固溶同族元素Pb和Se,引入质量场和应力场波动,增大对声子的散射而降低晶格热导率。研究各个固溶化合物热电参数随温度及固溶量的变化规律,探索出Pb和Se元素的最佳固溶量,使得最低热导率极值可达到0.5 W/m K左右,并且不影响电学性能,其功率因子PF极值依然可保持母体的PF～0.23 m W/m K2左右,综合作用下,热电优值z T极值由0.3提升至了0.38左右。在最佳Pb和Se单一元素固溶Cr2Ge2Te6基化合物的基础上,进行Mn元素最佳含量的掺杂,探究双元素掺杂相比单元素掺杂对Cr2Ge2Te6热电性能的影响效果,其电学输运和热学输运性质相对独立地得到优化和改善,实现了电学和热学性能的协同调控,最终,双元素掺杂的化合物Cr1.9Mn0.1Ge1.9Pb0.1Te6和Cr1.9Mn0.1Ge2Te5.88Se0.12在830 K时的z T极值可达到0.8左右,相比于之前研究中最高的z T值～0.63,有着相当幅度的提升,最终实现了热电性能的进一步优化,对本征低热导率Cr2Ge2Te6热电材料的应用有了进一步的推动。（4）探索和完善Cr2Ge2Te6单晶材料的制备,合成了高质量的单晶样品并进行有效的掺杂,试图从其本征物理输运性能方面加深对该材料的认知。研究Fe、Mn元素掺杂对Cr2Ge2Te6磁转变温度的影响,解决了磁性元素掺杂是否会影响Hall载流子浓度测量的疑问,并探究低温下Cr2Ge2Te6单晶的电学性质,为未来Cr2Ge2Te6单晶的热电性能的深入研究提供了基础,从而为该体系进一步的热电性能优化提供指导。