为了实现碳达峰碳中和,既要发展清洁、安全、低碳的能源,也需要提高能源的转换利用效率。目前石油化工、汽车尾气、垃圾焚烧等产业废弃热能利用效率不高,造成能源浪费。热电材料可以凭借其声子和载流子的定向运动,来实现将热能转换为可用电能,从而回收利用废热,提高能源的利用效率。这是使全球能源危机得到缓解的可行途径。然而,已发现的热电材料拥有高性能的不多,商业应用前景并不令人满意,因此需要发展更多具有高热电转化率的材料。通过第一性原理进行理论模拟,可以对高热电转换效率材料进行结构设计,为实验制备新型高热电转换率材料提供理论基础。本文主要基于第一性原理密度泛函理论（DFT）、形变势（DP）理论以及半经典的玻尔兹曼输运理论,建立热电优值（ZT）与载流子类型和浓度及温度的关系,并通过双极效应计算确定材料的实验可实现热电优值,为理论和实验研究高性能热电材料提供思路。主要内容包括:1.构建了半哈斯勒型半导体材料XBi Na（X=Ba和Sr）的晶体结构,采用第一性原理DFT计算优化获得能量稳定结构,并通过声子谱确定其动力学稳定性。结合DFT和形变势理论,计算出了弛豫时间（τ）。基于Slack模型和DFT计算的弹性系数,得到了晶格热导率（κl）。采用稠密k点（对称性约化后284个）计算获得精确能带结构,再基于它借助Boltz Tra P2求解半经典的玻尔兹曼输运方程,建立了在300-800 K温度范围内输运系数（塞贝克系数S、电子热导率κe和电导率σ）与p和n型载流子浓度的关系。最后通过建立热电优值ZT与载流子浓度和温度的关系及计算得到的热电转换效率,确定了XBi Na（X=Ba和Sr）的最佳热电性能及其对应的载流子浓度和温度。结果表明:n型Ba Bi Na和Sr Bi Na在800 K时的最大ZT值分别为1.14和1.16,对应的载流子浓度分别为5.62×1018/3.60×1018cm-3。n型Sr Bi Na的最大热电转换效率为21.25%,说明该化合物是值得实验合成研究的热电材料。2.实际的热电材料的本征载流子浓度不一定正好对应ZT峰值,且两种载流子同时存在,因此在实验研究中一般关注综合的ZT以及它和温度的关系,而上一章的研究主要集中在建立给定温度下的ZT与载流子浓度之间的关系。实际上不能真正为实验提升材料热电性能提供直接指导。因此,本章基于载流子浓度与热电优值ZT之间的关系,构建了一种利用输运系数、本征载流子浓度和双极效应来评估实验测量值所对应的ZT的方法,并通过Bi2S3材料进行了验证。仍然利用半经典玻尔兹曼理论计算了给定温度下输运系数与载流子浓度的关系,而本征载流子浓度用态密度计算。然后利用两种载流子（n型和p型）共存引起的双极效应,计算给定温度下热电材料的综合热电优值(ZTbp)。所得结果与Bi2S3的实验数据吻合较好,这验证了该方法的可靠性,这有望为确定更多高ZTbp值的热电材料作为实验制备的候选材料提供理论基础。3.基于上一章构建的方法,研究了MGa S2（M=Ag和Cu）材料的热电性能。通过对电子性质的计算分析发现Ag Ga S2和Cu Ga S2都是直接带隙半导体。通过形变势理论估算两个体系的弛豫时间,结果表明电子的弛豫时间明显高于空穴的。然后在计算晶格热导率和输运系数的基础上,考虑双极效应后Ag Ga S2在700 K时的综合热电优值ZTbp达到峰值0.83;而Cu Ga S2在600 K时达到峰值0.22。通过求解玻尔兹曼方程建立了沿不同方向（x/y和z）的热电优值ZT与载流子浓度和温度的关系。在温度为1000 K时,MGa S2都是在x/y方向上p型载流子处存在最大ZT值:Ag Ga S2的ZT峰值出现在1.77×1020cm-3的浓度时,达到4.71;Cu Ga S2的ZT峰值在浓度为1.70×1020cm-3时为3.94。这些结果说明,相对而言,Ag Ga S2的热电性能高于Cu Ga S2的,但这两个体系的双极效应明显,对热电优值的影响很大,需要调控浓度克服双极效应才能获得更高的ZTbp值。调控浓度后的MGa S2（M=Ag和Cu）有希望成为热电性能优异的功能型热电材料。