一、超晶格材料

超晶格结构热电材料利用超晶格组成成分中的晶格不匹配来降低材料的晶格热导率。据报道，利用分子束外延技术制备的PdSe1-x/PdTe超晶格材料，其热电优值系数可达对应块体材料的两倍。

二、纳米复合材料

纳米复合结构热电材料通过在热电材料中掺入纳米尺寸的杂质相，如掺入纳米颗粒或引入纳米尺寸孔洞等，来降低材料热导率。例如，利用热压法制备的Bi2Sb2-xTe3纳米粉末在373K下其热电优值系数可达1.4，相对其块体材料有了显著提高。

三、量子阱薄膜材料

近年来，在热电优值系数上突破最大的为美国Hi-Z公司研制的多层量子阱薄膜热电材料，其设计的BiTe/SbTe膜应用量子阱结构，将热电优值系数提升至3，该公司利用分子束外延技术及磁控溅射技术制备的SiGe/BC量子阱多层膜材料更将热电优值系数提升到了4。这种新型结构带来了热电材料的革命性变化，多层膜结构的材料极大地减小了热电器件的质量，并有效提高了热电转化效率，在25°C~50°C热电转化效率可达25%，50°C~600°C可达30%~40%。制备此类薄膜热电材料，目前主要采用分子束外延，磁控溅射两种技术。磁控溅射法制备薄膜具有高纯度，成分均匀，膜厚可控以及与基板附着力好等优良性能。若采用传统的磁控溅射方法制备薄膜，可降低成本，提高沉积速率，且过程更易控制，可为工业化大规模生产奠定基础。

热电材料的另一个研发方向是功能梯度材料。目前描述的各种均质热电材料的热电优值系数只在某一特定温度区域才能取得最大值，但在实际温差发电过程中，冷热端存在上百度甚至上千度的温差，因此在大温差范围内，采用任何一种均质热电材料都不能发挥其最佳性能，只有沿温度梯度方向选用具有不同最佳工作温度的热电材料，使之联接成多段热电装置形成梯度结构，才能有效扩大工作温度区间；并使每段材料工作在各自最佳温度范围内，获得最佳的热电优值，有效提高热电转换效率。(钢研）