在上世纪30年代左右，半导体物理学的研究有着飞速的进步，一些塞贝克系数可以高达100μV·K﹣1甚至以上的半导体材料相继被各国科学家发现。与此同时，人们开始被热电材料的特性所吸引从而开始了对半导体热电材料的深入研究。在1949年,前苏联科学家约飞(Ioffe)院士也在实际应用的方向上为了自己对半导体热电理论的进一步的设想而做了充足的准备，同时还设计出了设计了一种以实用性为主的温差制冷装置。在20世纪50年代的末期，约飞(Ioffe)和他的科研团队一起运动理论并结合实际论证了利用两种或更多的不同半导体合成的材料，可以相当程度上地提高电导率和热导率的比值，同时展望了通过研究和开发不同种类的新型材料来提高材料热电性能的可行性。在若干年后， Bi2Te3,PbTe,SbTe等半导体热电材料及一些热电性能相对较高的材料陆续被发现，它们的最高无量纲热电优值即材料的ZT值都在1左右，在此后50年里，成为了主流的、应用领域广泛的热电材料。

1.1.2 热电效应及热电参数

塞贝克、帕尔帖和汤姆孙效应并称为热电效应的三种基本类型。合理而有效的来使用这三种效应来制造电器元件，就有希望实现电能和热能之间的互相转换的可能。

把一种材料的两端放在不同温度下时，相比于温度较低一端的载流子，温度较高一端的载流子有着更高的能量，从而导致载流子从温度高的一端向温度较低的一端作扩散运动，由此产生电荷的非均匀分布。如果电荷非均匀分布，就会形成一个电场且该电场与温度梯度成正比，如果将该电场和一个负载连接起来就会产生电流，而这种电流我们称为温差电流，这个回路便组成所谓温差电偶，产生电流的电动势称为温差电动势，这就是塞贝克效应，如下图1.1所示。因此，只要测量出材料两端的温差△T和产生的电压V，根据下面给出的公式就可确定出材料的塞贝克系数：

α=V/∆T                                (1.1)

从理论上，塞贝克系数可表示为：

〖α=├ -(π^2 k_B T)/3e[1/σ  (∂σ(E))/∂E]┤|〗_(E=EF)                     （1.2）

其中，KB为玻耳兹曼常数，e为电荷，T为绝对温度，σ为电导率，E为载流子能量，￡为费米能级。[4]

图1.1  塞贝克效应[4]

塞贝克系数究竟是正数还是负数受到电势差的方向和温度梯度的方向的影响，主要取决于半导体中的大多数载流子主要是以电子还是以空穴形式存在。对于n型半导体而言，温度梯度的方向和电势的方向是相反的，此时塞贝克系数是负的，反之，p型半导体的塞贝克系数为正值。其大小由接点温度和组成材料来决定。

1854年，英国物理学家汤姆孙(Thomson)观察到如果一根金属导体的内部温度不相同，那么当线路中被通入一股电流的时候，金属导体之前的温度梯度会受到剧烈影响，系统为了维持之前的温度分布，就会从外界吸收热量或者向外界放出热量，这部分热量被我们称为汤姆孙热，反之，将一段导体的两端放置在不相同的温度状态下时，该导体的两端会产生电势差，这种现象被我们称为汤姆孙效应。如果将一股直流电通入一段各处温度不相同的导体，我们将这股直流电设为I，那么在这段由热电材料制成的导体上，热量变化的速率Q与电流和温度梯度成正比关系，得到下面的式子：

Q=τ⋅I⋅(T_(1-) T_2 )                            (1.3)

式中，τ为汤姆孙系数，其单位是V/K，它的大小由材料的自身性质来决定。