热电子功率转换器，也称为热电子发电机，热电子发电机或热电发动机，是使用热电子发射将热量直接转换为电能而不是先将其转换为其他形式的能量的任何一种设备。
热电子功率转换器具有两个电极。将其中之一升高到足够高的温度，以成为热电子发射器或“热板”。另一个电极称为集电极，因为它接收发射的电子，它的工作温度要低得多。电极之间的空间有时是真空的，但通常在低压下充满蒸气或气体。热能可以由化学，太阳能或核能源提供。热电子转换器是没有活动部件的固态设备。它们可以设计为具有高可靠性和长使用寿命。因此，热电子转换器已被用于许多航天器中。
从加热板上发射电子类似于加热水时释放出蒸汽颗粒。这些发射的电子流向集电极，并且可以通过外部负载将两个电极互连，从而完成电路，图中显示为电阻。为释放电子而提供的部分热能直接转换为电能，而一些热能则加热收集器，必须将其除去。
开发热电子设备
早在18世纪中叶，法国化学家查尔斯·弗朗索瓦·德·西纳纳·杜·费伊（CharlesFrançoisde Cisternay Du Fay）指出，电可以在邻近炽热物体的气态物质（即等离子体）中进行。1853年，法国物理学家亚历山大·埃德蒙·贝克勒尔（Alexandre-Edmond Becquerel）报道说，仅需几伏特的电压就能驱动电流通过高温铂电极之间的空气。从1882年到1889年，德国的朱利叶斯·埃尔斯特（Julius Elster）和汉斯·盖特尔（Hans Geitel）开发了一种密封装置，其中包含两个电极，其中一个可以加热，而另一个则可以冷却。他们发现，在相当低的温度下，如果热电极带正电，电流几乎不会流动。在适度较高的温度下，电流容易沿任一方向流动。然而，在更高的温度下，来自负极的电荷最容易流动。
1880年代，美国发明家托马斯·爱迪生（Thomas Edison）申请了真空中热电子发射的专利。在他的专利申请中，他解释说电流从白炽灯的加热灯丝流到同一玻璃球中的导体。尽管爱迪生是第一个揭示这种现象的人，后来又被称为爱迪生效应，但他并未尝试加以利用。他对完善电灯系统的兴趣优先。
1899年，英国物理学家汤姆森（JJ Thomson）定义了负电荷载流子的性质。他发现它们的电荷与质量之比与他为电子找到的值相对应，这使人们对热电子发射的基本原理有了更深入的了解。1915年，W。Schlichter提出将该现象用于发电。
到1930年代初，美国化学家欧文·兰格缪尔（Irving Langmuir）对热电子发射有足够的了解，可以制造基本的器件，但是直到1956年才取得进展。那年，另一位美国科学家乔治·N·哈索普洛斯（George N. Hatsopoulos）详细介绍了两种热电子器件。他的工作导致了热电子功率转换的迅速发展。
由于热电子转换器可以承受高加速度，没有活动部件，并且具有相对较大的功率重量比，因此非常适合航天器中的某些应用。开发工作的重点是从航天器上的核反应堆提供电力的系统。在900至1,500 K（约600至1,200°C或1,200至2,200°F）的温度下，它们可以提供12％至15％的效率。由于这些转换器在高温下发挥最佳性能，因此它们最终可能被开发用作常规化石燃料发电厂中的装顶设备。它们当前可获得的效率使其成为某些远程或敌对环境中地面应用的合适电源。
