由于在发展小型化、微观尺度能量转换器方面的重要应用以及相比传统能量转换所具有的优点,例如可靠性高、无移动部件、可扩展性、无污染等,微纳米热电装置已经引起了国内外许多学者的广泛关注。并对不同的微纳米热电装置的热力学性能做了广泛的研究,例如超晶格、纳米线、碳纳米管、分子结和量子点等。另一方面,基于有限时间热力学,热力学装置在有限时间下的优化性能同样吸引了越来越多研究者的关注。自此,很多作者已经将优化性能的研究应用到微纳米热电装置中,例如随机热机、费曼棘齿、分子热机以及量子点热机等。因此在有限时间热力学的原理及方法下研究微纳米热电装置的热力学性能特征及优化具有重要的理论和现实意义。　　本文主要研究以量子点作为系统的热机与制冷机的性能特征及优化分析。量子点热电装置是由量子点系统嵌入到具有不同温度与化学势的电子库构成。在温度梯度和化学势梯度的驱动下,电子在量子点系统和两个电子库之间随机隧穿。在弱耦合及序贯隧穿近似下,忽略共隧穿及相干效应,系统状态占有几率的演化可以用随机主方程描述。稳态情形下,通过主方程可以求得系统中的电流及热流,进而根据热力学第二定理可以定义量子点热电装置的热力学性能参数(效率及制冷系数等)。从而进一步研究量子点热电装置的性能特征及优化。具体内容包括:　　第一章绪论,主要介绍研究背景、热力学与有限时间热力学理论以及主方程理论。　　第二章研究麦克斯韦妖反馈作用下单能级量子点制冷机的优化性能。本章的重点是研究麦克斯韦妖对量子点制冷机最大优化下制冷系数的影响,同时与经典卡诺型制冷机的优化制冷系数进行比较。　　第三章研究外磁场对单能级量子点热机的性能影响,当系统中存在外磁场时,电子的自旋简并态将被破坏,能级分裂成两个非简并能级,两个能级间距由磁场强度决定。根据主方程,可以得到整个系统电子传输过程中的热流。数值计算了最大功率优化下热机的效率,并比较不同磁场强度下最大功率下的效率与经典 CA(Curzon-Ahlborn)效率的关系。　　第四章研究单能级相互作用量子点制冷机的性能特征及优化,重点在于研究同一能级上两个自旋相反的电子之间库仑相互作用对制冷机性能及优化的影响。由于库仑相互作用,电子隧穿能量阈值提高。通过计算得到制冷机在不同库仑相互作用下的特征曲线,并画出在最大制冷率和最大制冷系数下优化的性能参数随着库仑相互作用和温比的变化曲线。　　第五章建立二能级量子点热机和制冷机,并进一步讨论不同能级间库仑相互作用的变化对热机和制冷机性能及优化的影响。给出热机在不同相互作用变化强度下的特征曲线,并画出在最大功率与最大效率下优化的性能参数随着相互作用变化强度的曲线。重点给出最大功率下效率在不同变化强度下随温比的变化曲线,并与 CA效率比较。对于制冷机,研究了制冷机在不同相互作用变化强度下的特征曲线,以及最大制冷率与最大制冷系数下优化的性能参数随着相互作用变化强度的曲线。　　第六章我们研究了以三个耦合量子点嵌入两个温度不同的热源之间的量子点光电制冷机的性能特征。基于主方程,本章详细推导出制冷机的制冷系数、制冷率的表达式,分析了制冷机的性能特征,得到了在最大制冷系数和最大制冷率优化下各性能参数的优化性能。研究了非辐射效应、能级差、温比等对制冷机性能的影响。获得了具有一般性的结论。　　第七章结论及展望,主要总结前面的工作并给出进一步的研究方向。