热电材料的历史演变
连接不同材料的导体，引入电流，会在不同导体的接触点-节点吸收(或释放)热量。2008+0834年，法国物理学家J.C.A.Peltier发现了上述热电效应。2008+0838年，俄罗斯物理学家L.Lenz Ci发现了上述热电效应。如果水流方向反过来，刚刚在节点处凝结的冰会立刻融化成水。
热电效应本身是可逆的。如果把冷慈实验中的DC电源换成灯泡，当我们给节点供热时，灯泡就会亮。虽然当时的科学界对Peletier和冷慈的发现非常重视，但这一发现并没有很快转化为应用。这是因为金属的热电转换效率通常很低。直到20世纪50年代，一些具有优异热电转换性能的半导体材料被发现，热电技术(热电制冷和热电发电)的研究才成为一体。
在室温附近使用的半导体制冷材料是基于碲化铋合金的。p型和N型半导体是通过掺杂制成的。如上所述，P型柱和N型柱通过金属板连接，这构成了半导体制冷器的基本单元。如果连接处的电流方向是从N型柱到P型柱，那么该连接处将成为制冷机组的“冷头”(温度为Tc)，并与DC电源相连。
N型半导体的费米能级EF位于禁带的上部，P型半导体位于禁带的下部。当它们连在一起时，它们的费米能级趋于“平坦”。因此，当电流从N型流向P型时(即空穴从N到P；电子从p到n)，载流子的能量会增加。所以作为冷头，结会从Tc端吸热，产生制冷效果。
Peletier系数，其中是单位时间内节点吸收的热量，I是电流强度，π的物理意义是单位电荷穿过节点时的能量差。在热电材料的研究中，一个比较容易测量的相关参数是塞贝克系数α，其中t是温度。显然，α描述的是单位电荷穿过节点时的熵差。
对于制冷应用，乍一看，电流越大越好，Peletier系数(或塞贝克系数)越大。不幸的是，实际非本征半导体的性质决定了你不能两者兼得:大电流需要高电导率σ，σ和α都是载流子浓度的函数。随着载流子浓度的增加，σ呈上升趋势，而α则下降，导致α σ只能在特定载流子浓度下达到最大值(。
半导体制冷单元的P型柱和N型柱都桥接在Tc和th之间。这要求它们具有大的热阻。否则Tc和Th之间的漏热熵会增加，从而抵消Tc端吸热，Th端放热的制冷效果。最终决定热电材料性能的是组合参数，其中κ是材料的热导率。参数Z与温度T的乘积ZT是无量纲的，在评价材料时比较常用，是性能最好的热电材料。
Glen Slack将上述要求总结为“电子-晶体和声子-玻璃”。也就是说，一个好的热电材料应该具有像晶体一样的高导热率和像玻璃一样的低导热率。在长程有序晶体中，电子以布洛赫波的形式运动。刚性离子晶格不会偏转导电电子的运动。电阻来自于电子与杂质、晶格缺陷和热声子的碰撞。因此，在完美晶体中，σ可以非常大。
半导体中的热导率包括两个贡献:一个是载流子(假设电子)的定向运动引起的(κE)；其次，这是由于声子平衡分布群的定向运动(κp)。根据魏德曼-弗朗兹定律，κe∝σ。人们不可能既要求大σ又要求小κe，降低热导率的潜力在于降低κp，κp与晶格有序程度密切相关:在长程有序晶体中，热阻只能来自三声子反转(umklapp)过程、缺陷和边界散射；在非晶玻璃结构中，晶格无序极大地限制了声子的平均自由程，从而增加了声子的散射机制。因此，“声子玻璃”的热导率κ可以很低。
用无量纲的优值系数ZT来衡量热电材料:BiSb系列适用于50-150 K的温度范围；Bi2Te3系列适用于250—500k；；PbTe系列适用于500-800k；SiGe系列适用于1100—1300K。低温热电器件(T≤220K)主要用于冷却计算机芯片和红外探测器。高温热电器件可以将太阳能和核能转化为电能，主要用于空间探测器和海上浮动无人监测站的供电。氟利昂制冷剂的禁用为半导体制冷的发展提供了新的机遇。48660.68868888666
Brian Sales和其他人研究了一种新型热电材料，叫做填充方钴矿锑化物。当间隙未填满时，材料的化学式为CoSb3(或Co4Sb12)。晶体中Co4Sb12的每个结构单元都含有一个大尺寸的笼孔。如果把稀土原子(如La)填入笼孔，化学式就变成LaCo4Sb12。因为La原子处于相对松散的空间，所以它的振动幅度也大。因此，在LaCo4Sb12中，Co4Sb12的刚性骨架为材料的高热导率提供了基础，稀土La在笼中的振动增强了声子的散射——降低了材料的热导率。B.Sales的工作向“电子晶体和声子玻璃”方向迈出了第一步。
高压(~ 2 GPA)技术已被用于改善热电材料的性能。如果在高压下观察到母体材料性能的改善，人们将能够通过化学掺杂获得类似的结构，并在常压下使用。
ZrNiSn的σ和α都很高，但其导热系数κ不低。也许可以通过添加第四或第五种成分来增强声子的“质量起伏散射”，从而降低热导率。
准晶具有复杂多变的结构和声子玻璃性质。相关研究的重点是提高准晶的电导率。
当电流流过这种复合材料时，嵌入导电聚合物中的纳米金属(Ag)可以产生大的温度梯度。对此没有理论上的解释。
有应用前景的低维热电材料有两种:CsBi4Te6其实就是Bi2Te3；掺硒五氟化铪，铟
此外，薄膜、人工超晶格、碳纳米管、Bi纳米线和量子阱系统、猫眼状结构等都在提高热电材料性能方面显示出潜力。