目前，受制于自身相对低的电热转换效率，使得热电转换装置在与常规制冷方式和传统电源的竞争中总是处于劣势，更无法应用在其他更多更广泛的领域。据报道称，当下最优秀的热电器件的也仅仅徘徊在差不多10%的转换效率，而传统的热机能够达到几乎35%的发电效率。相较之下，热电器件全然不具有优势。若想切实地增强温差电制冷器和温差发电器对电热的转换效率，就不得不想方设法把材料的热电性能更做进一步的优化。要想获得更高性能的热电材料，研究开发新型热电材料是最被寄予希望的。相关的科研人员与机构正将精力着重在对各类全新的热电材料寻求和开发，试图能够令热电材料的制冷和发电能力可以比传统的方式更具有竞争力。

1。1热电材料基本理论

1。1。1 热电材料研究历史

1。1。2 热电效应及热电参数

Seebeck、Peltier和Thomson效应并称为热电效应的三种基本类型。合理利用此三种效应来制造电器元件，就有望将电能和热能相互转换。

Seebeck效应可以实现热能向电能的转化，用两种不同的导体或半导体构成回路，如果使两种材料的接头处产生温差，则会有热电动势或者说温差电动势Vs产生。其值的大小与温差间存在正比例关系，比例系数α就叫做Seebeck系数，也可称温差电动势率或热电动势率。文献综述

图1。1(a)中，分别保持1和2两个接头的温度T1,和T2不变(T1>T2),那么就会有一个电位差在导体b的开路位置y和z之间存在，称其为热电动势或温差电动势，它的数值为:

Vs=Vyz=αab(T1-T2)                             (1。1)

当两接头间的温差ΔT=T1-T2相对较小是，温差与电动势就会保持线性关系，即αab是常数，人们给予了这一常数一个新的定义——两导体间的相对Seebeck系数，即:

图1。1 Seebeck效应示意图(a)和Peltier效应示意图(b)

μV·K﹣1是Seebeck系数的常用单位，或正或负，其正负性取决于回路中两导体不同的特性和温度梯度的方向。规定在一般情况下:在导体冷接头处，电流由a向b流动，Seebeck系数就为正，反之则为负。通过温度梯度作用下导体内载流子分布变化可对Seebeck效应的物理本质加以说明[12]，接触电势差的理论也可用于解释Seebeck效应。由于不同种材料中电子密度和逸出功均不相同，如若有温差存在在回路的两接触点之间，两接触电势之和就不为零，而这一电势差就是热电势。比方说，维持接触同种金属的n型半导体两端的温差T不变，因为系统中电子的平均势能与费米能级相对应，故两个系统的费米能级差便等同于其电位差。因此半导体两端费米能级Er的差亦即是Seebeck效应产生的热电动势Vs。

Peltier效应恰好与Seebeck效应相逆转，若施加一个电动势在上图中的y,z两端，那么在回路中将会有电流I流过，如图1。1(b)所示。此时在两导体的两个接头处会分别出现吸收和放出热量的现象。接头处吸(放)热速度与回路中电流I之间存在正比关系，即在时间dt内，热量的产生量与流经的电流成正比，其关系式如下:

上式中的比例常数πab就是所谓的Peltier系数，其单位为V。规定当接头1从吸收热量，即电流在接头1处由导体a流入b时，dQ>0，πab为正，反之为负。两种导体构成的回路中载流子存在的势能差异是Peltier效应的起源。当进入另一种新的导体时，载流子的平衡会发生改变，为了达到新的平衡，载流子就必须与晶格在接头附近交换能量，吸热与放热的现象由此而生。在半导体热电对中，若电流从p型半导体流入n型半导体，那么接头处温度就会升高并向外界放出热量；反之，若从n型半导体流入p型半导体，则接头处温度降低并从外界吸收热量。用半导体p-n结的能带理论可以给这一现象做出解释: