Cette thèse portait sur le développement de méthodes innovantes de préparation de couches minces et sur l'optimisation de couches minces à base de Bi-Sb-Te de type p et de type n pour la préparation de dispositifs thermoélectriques flexibles de haute performance. Premièrement, des couches minces de Sb2Te3 et Bi2Te3 ont été déposées par pulvérisation magnétron en utilisant des cibles préparées au laboratoire et elles ont été caractérisées pour des applications thermoélectriques. Deuxièmement, une approche innovante pour la fabrication de couches minces thermoélectriques a été testée avec succès, en utilisant la diffusion/réaction thermique. Des couches de Sb2Te3 d'excellente qualité ont été obtenues. Il a été démontré qu’un écart de composition peut avoir une influence importante sur les propriétés thermoélectriques de ces couches minces. Un excès de Te, avec par exemple la composition Sb2Te4 a permis d’obtenir une couche mince affichant un facteur de puissance élevé de 2,12 mWm-1K-2 à température ambiante, qui est la valeur la plus élevée pour les couches de Sb2Te3 non dopé. Différentes stratégies de dopage pour améliorer les performances thermoélectriques de cette couche de type p ont été appliquées. Le dopage avec un élément ou deux éléments a été particulièrement étudié. Le meilleur élément dopant était le Bi, permettant d’obtenir un facteur de puissance de 2,29 mWm-1K-2 à 30 °C, avec une teneur en Bi de 7,81 at.%. Les matériaux co-dopés n'ont pas donné de meilleure résultat. Troisièmement, la nouvelle méthode de diffusion/réaction thermique a été aussi utilisée pour la préparation de couches minces de Bi2Te3 de type n avec un excellent facteur de puissance de 1,46 mW m-1 K-2. Il a été démontré que tous ces couches minces avaient une excellente résistance mécanique à la flexion, compatible avec les applications portables. Des dispositifs thermoélectriques flexibles à couches minces à base de Bi-Sb-Te avec différentes structures/ configurations ont été conçus et fabriqués. Une tension en circuit ouvert de 46,7 mV et une densité de puissance très élevée de 2,86 Wm-2 ont été obtenues sous une différence de température modérée de 20°C pour un dispositif à 18 jonctions p-n. Ce travail a proposé une nouvelle stratégie facile à implanter pour fabriquer des dispositifs thermoélectriques flexibles et performants, particulièrement prometteurs pour alimenter des dispositifs électroniques portables. Des travaux complémentaires et plus exploratoires ont également été réalisés pour améliorer les performances thermoélectriques de couches minces en utilisant des concepts innovants. Des couches minces composites Sb2Te3/CH3NH3I de qualité ont été préparées par évaporation thermique afin de tester le concept de couches minces hybrides organiques/inorganiques. Il est intéressant de noter que les interfaces et les joints de grains dans les couches composites sont très efficaces pour la diffusion de phonons, conduisant à une conductivité thermique significativement plus faible pour les couches minces hybrides. De plus, l'effet de filtrage énergétique est également favorable à l'amélioration du coefficient de Seebeck. Une valeur ZT prometteuse de 0,77 à 423 K a été obtenue avec cette couche hybride, le double de la valeur pour la couche de Sb2Te3 pur.