热电材料是利用半导体的Seebeck效应和Peltier效应实现热能和电能直接相互转换的一类新型能源材料,在热电发电和热电制冷领域具有广泛的应用前景。在中温发电领域内,PbTe有着无可比拟的优势,已经获得了非常优异的热电性能。但是Te元素含量稀少且价格昂贵,商业化应用被限制。而PbS与PbTe具有相同的晶体结构和相似的电子结构,由于S元素的含量极其丰富,因此从成本上来说PbS化合物是取代PbTe化合物的最佳选择,但是PbS化合物的热电性能较差,迄今为止对于其热电性能的系统研究还不足。本论文以廉价的PbS化合物为研究对象,利用熔融结合SPS烧结制备技术,以Al、Ga、In和I作为施主掺杂原子,以Se和Eu、Fe作为固溶原子,通过掺杂和固溶两种手段,系统研究其对PbS电热传输性能的影响规律,主要研究工作及成果如下:采用ⅢA族元素Al、Ga和In掺杂提高了 n型PbS的电子浓度,且调制了费米面附近的能带结构,提高了电子有效质量。研究发现:通过Al、Ga、In掺杂能够使载流子浓度有较大幅度增加,从而电导率显著提高,其中Al掺杂量为1.5 at%的样品在873 K时获得最大zT值0.78,Ga掺杂量为0.7 at%的样品在773 K时获得最大zT值0.73,但是Al和Ga掺杂对于PbS化合物的载流子浓度调节能力有限。通过In掺杂能够使得样品的载流子浓度更大幅度增加,最高达到1.1×1020 cm3,使得样品的电性能得到明显提升,最终In掺杂量为0.2 at%的样品在873 K获得最大zT值为0.87,比起未掺杂的PbS提高了 114%。同时,Al、Ga、In掺杂PbS均能够对PbS的能带起到修饰作用,引入间隙态能够提高PbS费米面附近的态密度,从而能够将样品的有效质量从0.40 me提高至0.49me。利用Al-I、Ga-I共掺杂进一步提升n型PbS的电子浓度,样品的热电性能都获得了进一步的提高。对于Al-I的样品,Al0.015Pb0.998I0.002S0.998热电优值在873 K时达到～1.0,提高了 28%。对于Ga-I共掺杂的样品也比Ga单掺杂的样品提高了 42%,在 773 K 时 Ga0.007Pb0.993I0.005S0.995 的 zT为 1.04。阐明了在PbS的Pb位和S位固溶进一步提高材料热电性能的机制。研究发现:Se能够完全固溶于化合物PbS中形成固溶体,较多的点缺陷能显著降低材料的晶格热导率,同时使得材料保持良好的电性能。Se固溶后样品的zT值在773 K时均达到了～1.0,与仅通过载流子浓度优化的样品相比提高了 25%。对于Pb位固溶Eu、Fe的样品,虽然固溶后的样品热导率与未固溶的样品相比没有下降,但其电导率却得到了显著提升,这归功于其迁移率的明显提升,随温度变化趋势由T-1变为T-3/2,表明其载流子的散射机制转变为声子散射机制为主,Eu或者Fe的加入抑制了 Pb空位的形成,削弱了室温附近的电子散射。样品的zT在873 K时达～1.0,与未固溶Eu、Fe元素的样品相比提高了 15%。