随着全球气候变暖现象的日益加剧,如何使碳排放量迅速达到峰值已经成为世界各国的首要任务。当前我国工业能耗占比较大,而工业能源效率偏低,这导致了能源的大量浪费,如何有效利用这部分能源是一个亟待解决的问题。热电发电技术具有绿色环保、安全无噪音等优点,常用于回收低品质热能,故可以用于工业领域,从而提高能源效率。然而,当前热电发电技术的发电效率较低,极大地阻碍了其应用。实际上,当前已经涌现出了诸多高优值系数（ZT）的热电材料,但实际器件的发电效率依旧不够理想。这是因为在实际工况中,热电材料的ZT很难准确反映相应器件的发电性能,这意味着材料物性对器件性能的真实影响不清晰;此外,当材料制备成器件后,材料间的界面效应也会导致器件性能的进一步恶化。这些因素最终导致材料与器件发展之间的不协调性日益显著。因此,耦合热电材料和热电器件这两个方面,探究材料物性和界面特性对器件性能的影响,并基于实际应用中的热电器件发电性能指导热电材料的优化,对推动热电材料和热电器件的进一步发展具有重要的指导意义。本论文从器件应用角度出发,分析材料关键物性参数和界面效应对器件发电性能的影响,从而寻找当前热电材料的优化策略。首先,在考虑热电臂有效温度梯度、接触效应、边界效应、最佳匹配负载和第二类热边界条件的基础上,建立了基于热电材料物性计算常规器件和微型器件发电性能的数学模型,并对模型进行了验证。然后,利用上述数学模型分析了界面效应和热电材料ZT值对常规器件和微型器件发电性能的影响特性。研究发现,当前界面效应对常规器件发电性能几乎不产生影响,而对微型器件会产生较大影响。界面效应会随着微型器件热电臂高度的降低而变得越来越显著,当热电臂高度小于7.5μm时,界面效应会使得微型器件性能衰退50%以上。其中,接触效应对微型发电器件性能的影响大于边界效应,当接触电阻和接触热阻分别降低到10-11Ω·m~2和10-7 K·m~2/W时,接触效应对微型器件的影响才能忽略。此外,热电材料的ZT值无法准确反映其制备成器件后的发电性能,继续提高材料的ZT值对器件性能的提升也比较有限。当热电材料的ZT值从1.5提高到2.5,即ZT值提高了66.7%时,常规器件和微型器件的发电性能仅提高了22.5%和40.5%。其次,参照局部敏感性分析方法建立了基于器件性能指导热电材料发展的反演优化数学模型,并利用该模型分析材料关键物性（塞贝克系数、声子热导率和电导率）对器件性能的重要程度,从而指明热电材料的优化方向。对于常规器件用热电材料而言,其优化方向应集中于提高材料的塞贝克系数和降低声子热导率;而对于微型器件用热电材料来说,应当优先提高其塞贝克系数。对于目前文献中已有的ZT值大于1.5的热电材料而言,优化塞贝克系数是提高相应器件发电性能的最有效措施。此外,运行工况（热端输入功率、冷端散热器）和热电臂高度对热电材料的优化策略也会产生较大影响。因此,在选择材料优化方式之前应充分考虑其实际运行工况。最终,本论文提出了一种基于热电器件发电性能反向指导材料优化的方法。本论文点明了当前界面效应的影响特性及其优化目标,分析了常规、微型器件用热电材料对器件性能的影响特点,也总结了当前热电材料的优化策略,对获得高性能热电发电材料、制备高性能热电发电器件等方面具有较高的参考价值和指导意义。