温差发电的概念很广，只要利用了温度差产生电能都能算其实目前标准的温差发电机仅仅是两种材料之间的温差发电，原理就是将两种不同类型的热电转换材料 N 和 P 的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温时，由于高温端的热激发作用较强，空穴 和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路 端形成电势差；如果将许多对P型和N型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压，形成 一个温差发电机简单的说就是 2 种不同材料（半导体或金属）连接时，如果两边温度不同导体中就产生电流（是没有机械运 动的，与热胀冷缩无关）这种方法产生的电动势比较小，是最基本的温差发电在实际应用中温差发电虽然在发电过程中具有无噪音、无磨损、无介质泄漏、体积小、重量轻、移动方 便、使用寿命长等优点，但长久以来受热电转换效率和较大成本的限制，温差电技术向工业和民用产业的 普及受到很大制约虽然最近几年随着能源与环境危机的日渐突出，以及一批高性能热电转换材料的开发 成功，温差发电技术的研究又重新成为热点，但突破的希望还是在于转换效率的稳定提高目前仅在军事和航天器小功率发电方面应用较多。
温差发电的原理热电转换材料具有3个基本效应，即Peltier效应、Seebeck效应和Thomson效应，这3个效应奠 定了热力学中热电理论的基础, 也为热电转换材料的实际应用展示了广阔的前景. 温差电是利用材料 的Seebeck效应，通过载流子（电子和空穴）进行能量的输运•该效应于1821年由德国人Seebeck 发现: 在两种不同金属（锑与铜）构成的回路中, 如果两个接头处存在温度差, 其周围就会出现磁场.通过进一步的实验，Seebeck发现回路中存在电动势.Seebeck效应是制作测温热电偶、温差发电和 温差电传感器的基础温差发电的原理如图1所示：将两种不同类型的热电转换材料N和P的一端结合并将其置于高温状态, 另一端开路并给以低温. 由于高温端的热激发作用较强, 此端的空穴和电子浓度比低温端高, 在这种载流 子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差.将许多对P型和N型热 电转换材料连接起来组成模块, 就可得到足够高的电压, 形成一个温差发电机. 这种发电机在有微小温差 存在的条件下就能将热能直接转化为电能, 且转换过程中不需要机械运动部件, 也无气态或液态介质存在, 因此适应范围广、体积小、重量轻、安全可靠、对环境无任何污染, 是十分理想的电源. 温差发电的灵活、 绿色、安静和微小体积的特性, 使其可在许多领域发挥重要的作用。
但在外力作用下，如受温度变化，其中可能会有一个价电子脱离键的束缚，挣脱共价键而跳出来，成 为自由电子这时共价键中出现了一个空位，我们把这个空位叫做空穴由于原子本身正电荷和负电荷相 等，故原子失去了电子后，整个原子就带正电荷，称为正离子正离子容易吸引相邻原子的价电子来填补， 电子离开后所留下的空位，使相邻原子中又出现空穴，而这个新出现的空穴，又可能为别的电子去填充 电子这样不断地填充空穴，就使空穴的位置不断地在原子间转移空穴的转移，实际上也是电子（电荷）的 运动，所以也就形成电流，这叫做空穴流而原来失去的电子，在晶体中运动，形成了电子流为了便于 叙述，今后就认为空穴在运动，而且把它当作一个正电荷来看（实际上是空穴所在的原子呈现一个单位正电 荷的电量）由于空穴和电子都带有电荷，它们的运动都形成电流，所以就统称它们为载流子 一块不含有杂质的、晶格完整的半导体叫做本征半导体因为它晶格完整，如果有一个电子从共价键中释放出 来，必定留下一个空众所以本征半导体中电子和空众总是成对地出现，它们的数目相等，称为电子一空 穴对在常温下，由于热运动的结果，在本征半导体中会产生一定数量的电子一空穴对，形成电子流和空 穴流，总的电流是两者之和。
如没有外界电场作用，电子和空穴的这种运动是杂乱无章的，电子流和空穴 流方向也是不定的，结果互相抵消，没有净电流出现但在电场作用下，这种半导体两端就出现电压，电 子向正端方向运动，空穴向负端方向运动，形成了定向电流，半导体内就产生电流了本征半导体因电场 作用而产生的导电现象就叫本征导电通常，我们很少见到本征半导体，大多遇到的都是 P 型半导体或 N 型半导体前面说过，半导体中加进了杂质，电阻率就大大降低这是因为加进杂质后，空穴和电子的数 目会大大增加例如，在锗晶休中掺入很少一点三价元素铟，由于铟的价电子只有三个，渗入锗晶体后， 它的三个价电子分别和相邻的三个锗原子的价电子组成共价键，而对相邻的第四个锗原子，它没有电子拿 出来和这个锗原子“共有”了，这就留下了一个空穴（见图1 一 3（c））因为掺入了少量的杂质铟，就会出 现很多空穴；这是因为即使是少量的，里面含有的原子数目却不少杂质半导体中空穴和电子数目不相等， 在电场作用下，空穴导电是主要的，所以叫空穴型半导体或者说是 P 型半导体换句话说， P 型或空穴型 半导体内是有剩余空穴的，掺入的杂质提供了剩余空穴在P型半导体中，空穴是多数，所以称空穴为多 数载流子；电子数目少，就叫少数裁流子。
渗入的杂质能产生空穴接受电子，我们叫这种杂质为受主杂质 如果把五价元素砷掺入锗晶体中，砷原子中有5个价电于，它和四个锗原子的价电子组成共价键后，留下 一个剩余电子，这个剩余电子就在晶体中到处游荡，在外电场作用下形成定向电子流掺入少量的砷杂质 就会产生大量的剩余电子，所以称这种半导体为电子型半导体或 N 型半导体在这种半导体中有剩余电子， 这时电子是多数载流子，而空穴是少数载流子因为砷是施给剩余电子的杂质，所以叫做施主杂质 如 果没有外电场的作用，不论 N 型或 P 型半导体，它们的载流子运动是无规则的，因此，不会形成电流 把一块 P 型半导休和 N 型半导体紧密联接在一起时（实际上只能用化学方法将两个原来独立的锗片合在一 起）．就会发现一个奇怪的现象，即在它们的两端加上适当的电压时，会产生单向导电观象因为这时在它 们的交界面上形成了一个所谓P—N结的结构，单向导电现象就发生在这一薄薄的P—N结中P—N结是晶 体管的基础，它是由扩散形成的我们知道，P型半导体内空穴是多数载流子，即空穴的浓度大；而N型 半导体内电子是多数载流子，电子的浓度大二者接触之后，由于在P型区和N型区内电子浓度不同，N 型区的电子多，就向P型区扩散，扩散的结果如图1—4（b）所示。
N型区薄层I中部分电子扩散到P型区去， 薄层I便因失去电于而带正电另一方面，P型区的空穴多，也会向空穴浓度小的N型区扩散，结果一部 分空穴从薄层I向P（型区扩散，使薄层II带负电电于和空穴的扩散是同时进行的，总的结果，P型区薄 层II流走了空灾，流进了电子，所以带负电，而N型区的薄层I流走了电子，流进了空穴，因而带正电， 而且随着扩散现象的继续进行，薄层逐渐变厚，所带的电量也逐渐增加不过，这种扩散现象不会无休止 的进行下去；当扩散进行到一定程度后，薄层II带了很多负电，从N型区向P型区扩散的电子总数因电子 受到它的排斥不再继续增加；同样道理，从P型区向N型区扩散的空灾总数也不再增加于是扩散似乎不 再继续，而达到所谓“动态平衡状态”这时P—N结也就形成了所谓P—N结，就是指薄层I和II所构 成的带电结构因为它能阻止电子和空穴的继续扩散，所以也叫阻挡层它们之间的电位差一般称势垒或 位垒。