本文主要研究基于二维异质结和纳米线的三端结构热电热机与制冷机的性能特征及优化分析。推导出稳态情况下系统的各性能参数的表达式,再对各参数进行合理优化以提升热电装置的性能。本文具体内容如下:第一章主要介绍了热电装置的研究背景及不同热电材料和结构对装置性能的影响,阐述了低维电子系统在提升热电性能方面的优势。第二章构造一种基于半导体异质结的三端热离子热机模型。该模型由两个低温电子库和一个中间热库组成,热库和电子库之间由二维半导体异质结连接。根据朗道尔方程及基本热力学公式,推导出从电子库流出的电流和能流的表达式,并分别在线性和非线性情况下定义其输出功率和效率。通过数值模拟得出该装置的性能特征图,并通过分析图像得出一些结论。然后将其性能参数进行优化,以获得最大输出功率。另外还通过最大化输出功率与效率的乘积来分析热机的热力学性能,使其能够更高效的工作。第三章设计一种基于一维弹道导体的三端纳米线热机模型。与上面模型类似,该模型也是由两个电子库和一个中间热库组成,各库之间是由一种一维弹道导体连接。根据朗道尔方程,推导出电流和能流的表达式,定义其输出功率和效率。通过数值模拟得出该装置的性能特征图,然后将其性能参数进行优化,以获得最大输出功率。将数值模拟得出的结果与三端热离子热机进行比较,分析两个装置的性能优劣势。第四章扩展研究三端纳米线热电装置,通过改变各库之间的温度差,使该装置能够作为制冷机工作。同样利用朗道尔方程得出该模型的电流和热流表达式,然后定义其制冷率和制冷系数,并确定制冷机的工作区间。通过数值模拟分析该模型的性能特征,并深入探究其他影响其性能的因素。第五章对本文主要工作进行了总结,同时对工作中存在的不足进行讨论,并对进一步的研究方向提出意见。