本发明提供一种温差发电芯片及其工作方法、三维集成电路，该温差发电芯片包括第一晶粒层和第二晶粒层，第一晶粒层与第二晶粒层之间形成有电绝缘的介质层，第一晶粒层内设置有磁性塞贝克热电结构体，第二晶粒层内设置有非磁性塞贝克热电结构体；第一晶粒层远离介质层的一侧设置有芯片元件层，芯片元件层上设置有温度控制阀门、温度控制电路和充电模块；当温度控制阀门处于第一开关状态时，温度控制阀门使充电模块连接至磁性塞贝克热电结构体；当温度控制阀门处于第二开关状态时，温度控制阀门使充电模块连接至非磁性塞贝克热电结构体。本发明还提供具有上述温差发电芯片的三维集成电路。本发明的温差发电芯片的热电转换效率高。