三碲化二铋是一种具有特殊电学性能的半导体化合物，化学式为Bi₂Te₃，属于V-VI族化合物半导体材料。这种材料在室温下表现出优异的热电转换性能（热电优值ZT约0.8），这使其成为目前最接近商业化应用的热电材料。需要重点关注的是其独特的层状晶体结构，特别是由Te-Bi-Te-Bi-Te五原子层通过范德华力堆叠而成的特性，这种结构对声子传输产生强烈散射，从而获得极低的热导率（约1.5W/m·K）。
三碲化二铋在微观结构上呈现典型的六方晶系（空间群R-3m），晶格常数为a=0.438nm，c=3.049nm。其能带结构中同时存在轻空穴带和重空穴带，这种多能谷特性显著提升了材料的塞贝克系数（约200μV/K）。在实际应用中常通过元素掺杂（如Sb取代Bi形成Bi₂₋ₓSbₓTe₃合金）来优化载流子浓度（约10¹⁹cm⁻³），从而平衡电导率和塞贝克系数的矛盾关系。
现代制备技术已能生长出高质量的单晶（采用布里奇曼法）和纳米结构材料（通过分子束外延）。特别是在量子阱超晶格结构中，当将Bi₂Te₃层厚控制在5nm以下时，其面内ZT值可突破2.0，这主要归功于量子限域效应引起的态密度增大。目前该材料已广泛应用于微型热电制冷器件（工作温度范围-100℃至200℃）和废热发电系统（转换效率约5-8%），在航天器同位素电池和CPU芯片冷却领域具有不可替代的优势。
