碲化铋材料是最早被发现的半导体热电材料之一,在室温附近具有优异的热电性能。碲化铋基热电器件在热电应用化过程中具有重要意义。碲化铋制冷器件是目前唯一可商用的热电器件,具有很高的商业价值。近年来,随之5G技术概念的普及以及电子技术,尤其是芯片行业的持续进步,其中的热管理问题为热电制冷的发展提供了新的契机。碲化铋发电器件则在低温废热回收领域极具应用前景。但碲化铋基热电器件中仍然存在一些问题,在商用制冷器件方面,相关的结构设计仍然过于简化、粗略且缺少针对特定工况条件下的优化设计。在发电器件方面,仍缺少真正适用的高温阻挡层材料。材料力学性能在器件尤其是微型器件的制备过程中的影响需要着重考虑。本文将以碲化铋基热电器件为研究目标,对其进行结构设计、阻挡层设计以及材料性能方面的研究,最终达到优化器件性能的目的。取得的主要成果如下:1、建立了碲化铋热电制冷器件的三维多物理场模型,研究了器件结构、排布方式、绝缘基板、服役条件等对器件性能的影响规律。在器件整体尺寸和工作电流不变的情况下,通过器件结构优化,实现了制冷量和制冷效率的双优化。2、通过粉末共烧结的方法筛选出适合P型碲化铋材料的扩散阻挡层Fe,Fe/碲化铋的初始界面电阻率小于1μΩ?cm~2,在350℃条件下老化16天后,界面电阻率小于10μΩ?cm~2,优于目前商用器件使用的Ni阻挡层。3、采用原料粉碎分级结合SPS烧结方法制备碲化铋材料,在力学性能提升的情况下,其热电性能较传统区熔工艺制备的碲化铋材料也有所提升。