열에너지를 전기에너지로 변환하는 직접 발전의 하나. 제베크 효과를 이용한 발전방식이다.

2종의 금속 또는 반도체를 접속하고 한쪽 접속점을 가열하면 그 점은 고온이 되고 다른 접속점은 저온이 된다.

이와 같이 두 접속점에 온도차를 주면 두 금속 사이 또는 두 반도체 사이에 열기전력이 발생하여 연결된 부하에 열전류가 흐른다.

이것이 제베크 효과이다.

열전기발전의 구조는 [그림]처럼 n형 반도체와 p형 반도체를 나란히 놓고 전극판으로 접속한 형태이다.

열원으로 전기절연물을 통해 전극판을 가열하면 접속부는 고온이 되며, 그 반대쪽 흡열부의 전극판은 저온상태로 유지되므로 양극판 사이에 온도차가 생긴다.

부하를 저온 쪽 전극 사이에 접속하면 반도체 p-n사이에 발생한 기전력으로 인해 p에서 n으로 전류가 흐른다.

열전재료로 열기전능(단위 온도차당의 열기전력)이 작은 금속 대신에 오로지 반도체 재료가 이용되고 사용하는 온도에 따라 저온용과 중 · 고온용의 두 종류가 있으며 텔루르화납 · 텔루르화비 스무트 등의 재료가 실용된다.

지상용 전원 · 인공위성용 전원에 두루 쓰이지만 단위 중량당의 전기출력 · 효율 · 동작온도 · 연료의 측면에서 볼 때 지상용으로 쓰는 것이 더 효과적일 것으로 여겨진다.

지상용으로 쓸때는 태양광을 열원으로 사용해야 효과가 크며 인공위성용으로 쓸 때는 열원으로 플루토늄 · 폴로늄 등의 동위원소의 붕괴열을 사용하는 것이 효과적이다.

열전기발전은 태양전지에 비해 효율이 다소 떨어지지만 열원으로 수명이 긴 동위원소를 사용하면 일정한 출력을 장기간 얻을 수 있는 이점이 있다.

인공위성용 전원을 예로 들면, 긴지름 12cm, 길이 14cm, 무게 2.27kg의 원통형 폴로늄 열전발전기를 고온 382℃, 저온 79℃ 사이에서 동작시키면 약 50W의 전기가 나온다.