الكادميوم تيلورايد (CdTe) هو مركب بلوري مستقر يتكون من الكادميوم والتيلوريوم. وهي تستخدم أساسا كمواد شبه موصلة في الخلايا الضوئية لتوليدوريد الكادميوم ونوافذ بصرية تحت الحمراء. وعادة ما يتم وضعها مع كبريتيد الكادميوم لتشكيل خلية الكهروضوئية تقاطع pn الشمسية. عادة ، تستخدم الخلايا الكهروضوئية CdTe بنية nip.
| الخصائص | |
|---|---|
| صيغة كيميائية | مؤتمر نزع السلاح تي |
| الكتلة المولية | 240.01 غم / مول |
| كثافة | 5.85 غرام · سم −3 |
| نقطة الانصهار | 1،041 درجة مئوية (1،906 درجة فهرنهايت ، 1،314 K) |
| نقطة الغليان | 1،050 درجة مئوية (1،920 درجة فهرنهايت ؛ 1،320 كلفن) |
| الذوبان في الماء | غير قابل للذوبان |
| القابلية للذوبان في المذيبات الأخرى | غير قابل للذوبان |
| فجوة الفرقة | 1.5 eV (@ 300 K ، مباشر) |
| توصيل حراري | 6.2 W · m / m 2 · K at 293 K |
| معامل الانكسار ( ن د ) | 2.67 (@ 10 µm) |
| بناء | |
| هيكل الكريستال | مزيج الزنك |
| مجموعة الفضاء | F 4 3m |
| ثابت شعرية | أ = 648 م |
| الكمياء الحرارية | |
| القدرة الحرارية ( c ) | 210 J / kg · K at 293 K |
| المخاطر | |
| تصنيف الاتحاد الأوروبي (DSD) (عفا عليه الزمن) | ضار ( Xn ) خطير للبيئة ( ن ) |
| عبارات R (قديمة) | R20 / 21/22 ، R50 / 53 |
| عبارات S (قديمة) | (S2) ، S60 ، S61 |
| حدود التعرض للصحة في الولايات المتحدة (NIOSH): | |
| PEL (المسموح) | [1910.1027] TWA 0.005 mg / m 3 (as Cd) |
| REL (مستحسن) | كاليفورنيا |
| IDLH (خطر فوري) | Ca [9 mg / m 3 (as Cd)] |
تطبيقات
يستخدم CdTe لإنتاج الخلايا الشمسية الرقيقة ، وهو ما يمثل حوالي 8 ٪ من جميع الخلايا الشمسية التي تم تركيبها في عام 2011. وهي من بين الأنواع الأقل تكلفة من الخلايا الشمسية ، على الرغم من أن المقارنة بين التكلفة الإجمالية المثبتة تعتمد على حجم التركيب والعديد من العوامل الأخرى ، وتغيرت بسرعة من سنة إلى أخرى. يهيمن First Solar على سوق الخلايا الشمسية CdTe. في عام 2011 ، تم إنتاج حوالي 2 GWp من الخلايا الشمسية CdTe ؛ لمزيد من التفاصيل والمناقشة انظر الكهروضوئية تيلوريد الكادميوم.
يمكن أن تكون سبائك CdTe مع الزئبق لجعل مادة كاشف الأشعة تحت الحمراء تنوعا (HgCdTe). إن سبيكة CdTe التي تحتوي على كمية صغيرة من الزنك تنتج كاشف الأشعة السينية وجهاز كشف أشعة غاما (CdZnTe).
يستخدم CdTe كمواد بصرية تعمل بالأشعة تحت الحمراء للنوافذ والعدسات البصرية ، وقد ثبت أنه يوفر أداء جيدًا عبر نطاق واسع من درجات الحرارة. تم تسويق شكل مبكر من CdTe لاستخدام الأشعة تحت الحمراء تحت اسم العلامة التجارية ل Irtran-6 ولكن هذا عفا عليه الزمن.
كما يتم تطبيق CdTe للمغيرات الكهربائية الضوئية. يحتوي على أكبر معامل كهربائي ضوئي للتأثير الكهربي الخطي بين بلورات المركب II-VI (r41 = r52 = r63 = 6.8 × 10−12 m / V).
يستخدم CdTe مخدر بالكلور كاشف إشعاع للأشعة السينية وأشعة جاما وجسيمات بيتا وجسيمات ألفا. يمكن أن تعمل CdTe في درجة حرارة الغرفة مما يسمح ببناء كاشفات مدمجة لمجموعة واسعة من التطبيقات في التحليل الطيفي النووي. الخصائص التي تجعل CdTe متفوقة من أجل تحقيق كاشفات أشعة gاما والأشعة السينية عالية الأداء هي عدد ذري مرتفع وفجوة نطاق كبيرة وحركة إلكترون عالية ~ 1100 cm2 / V • s ، مما يؤدي إلى إنتاجية عالية (قابلية التنقلية). وبالتالي درجة عالية من جمع الشحن والحل الطيفي ممتازة. نظرًا لسوء نقل خصائص الثقوب ، ~ 100 سم 2 / V • s ، يتم استخدام هندسيات كاشف استشعار الناقل الواحد لإنتاج مطيافية ذات دقة عالية. وتشمل هذه الشبكات cllanar ، والكشف عن ذوي الياقات البيضاء والكاشفات بكسل الصغيرة.
الخصائص الفيزيائية
معامل التمدد الحراري: 5.9 × 10−6 / K عند 293 كلفن
معامل يونغ: 52 جيجا
نسبة بواسون: 0.41
الخصائص البصرية والإلكترونية
CdTe السائبة شفافة في الأشعة تحت الحمراء ، من قريب من طاقة فجوة نطاقها (1.5 eV عند 300 K ، والتي تقابل طول موجة الأشعة تحت الحمراء حوالي 830 نانومتر) إلى أطوال موجية أكبر من 20 ميكرومتر. في المقابل ، CdTe هو فلوري في 790 نانومتر. بما أن حجم بلورات CdTe ينخفض إلى بضع نانومترات أو أقل ، مما يجعلها نقاط CdTe الكمومية ، فإن ذروة الفلورة تتغير من خلال المدى المرئي إلى الأشعة فوق البنفسجية.
الخواص الكيميائية
CdTe غير قابل للذوبان في الماء. CdTe لديه نقطة انصهار عالية من 1041 درجة مئوية مع التبخر ابتداء من 1050 درجة مئوية.CdTe لديه ضغط بخار صفر في درجات الحرارة المحيطة. CdTe هو أكثر استقرارا من مركباته الكادميوم الأم والتيلوريوم ومعظم مركبات Cd الأخرى ، وذلك بسبب ارتفاع نقطة الانصهار وعدم قابلية الذوبان.
الكادميوم تيلورايد متوفر تجارياً كمسحوق ، أو كبلورات. يمكن أن يصنع في البلورات النانوية.
تقييم علم السموم
يحتوي مركب CdTe على صفات مختلفة من العنصرين ، الكادميوم والتيلوريوم ، بشكل منفصل. تظهر دراسات السمية أن CdTe أقل سمية من الكادميوم العنصري. CdTe لديه استنشاق حاد منخفض ، سمية عن طريق الفم ، و مائية ، وهو سلبي في اختبار مطفر أميس. واستناداً إلى الإخطار بهذه النتائج إلى الوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية (ECHA) ، لم تعد CdTe مصنفة على أنها ضارة إذا تم بلعها ولا ضارة عند ملامستها للجلد ، وتم تقليل تصنيف السمية إلى الحياة المائية. بمجرد التقاطها وتغليفها بشكل صحيح وآمن ، قد يصبح CdTe المستخدم في عمليات التصنيع غير ضار. تجتاز وحدات CdTe الحالية اختبار إجراء تحديد خصائص السمية الخاص بوكالة حماية البيئة الأمريكية (TCLP) ، المصمم لتقييم إمكانية الغسيل طويل المدى للمنتجات التي يتم التخلص منها في مدافن النفايات.
تفصح وثيقة استضافتها معاهد الصحة القومية الأمريكية في عام 2003 عن:
يقوم مختبر بروكهافن الوطني (BNL) ووزارة الطاقة الأمريكية (DOE) بترشيح الكادميوم تيلورايد (CdTe) لإدراجه في برنامج National Toxicology (NTP). هذا الترشيح مدعوم بقوة من قبل المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) وشركة فيرست سولار إنك. تمتلك المادة إمكانية استخدام تطبيقات واسعة النطاق في مجال توليد الطاقة الكهروضوئية التي ستشمل واجهات بشرية واسعة النطاق. ومن ثم ، فإننا نعتبر أن دراسة سمية نهائية لتأثيرات التعرض الطويل الأجل لـ CdTe هي ضرورة.
توصل باحثون من مختبر بروكهافن الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية إلى أن الاستخدام الواسع النطاق لوحدات CdTe PV لا يمثل أي مخاطر على الصحة والبيئة ، وإعادة التدوير الوحدات النمطية في نهاية عمرها الإنتاجي تحل تمامًا أي مخاوف بيئية. أثناء تشغيل هذه الوحدات ، لا تنتج هذه الوحدات أي ملوثات ، وعلاوة على ذلك ، من خلال تشريد الوقود الأحفوري ، فإنها توفر فوائد بيئية كبيرة.يبدو أن الوحدات الكهروضوئية التي تستخدم الكادميوم كمادة خام تكون أكثر ملاءمة للبيئة من جميع الاستخدامات الحالية الأخرى للـ Cd. يوفر CdTe PV حلاً مستدامًا لزيادة العرض المحتمل للكادميوم في المستقبل القريب. يتم إنشاء الكادميوم كمنتج ثانوي للنفايات من تكرير الزنك ويتم إنشاؤه بكميات كبيرة بغض النظر عن استخدامه في PV ، بسبب الطلب على منتجات الصلب.
توفر
في الوقت الحاضر ، سعر الكادميوم الخام والمواد التيلوريوم هي نسبة ضئيلة من تكلفة الخلايا الشمسية CdTe وأجهزة CdTe الأخرى. ومع ذلك ، فإن التيلوريوم عنصر نادر نسبيا (1-5 أجزاء لكل مليار في القشرة الأرضية ؛ انظر وفرة العناصر (صفحة البيانات)). من خلال كفاءة المواد المحسنة وأنظمة إعادة التدوير الكهروضوئية المتزايدة ، فإن صناعة CdTe PV لديها القدرة على الاعتماد بشكل كامل على التيلوريوم من وحدات نهاية العمر المعاد تدويرها بحلول عام 2038. انظر Photololtaics الكادميوم telluride لمزيد من المعلومات. وأظهرت دراسة أخرى أن إعادة تدوير CdTe PV ستضيف موردًا ثانويًا مهمًا من Te ، والذي سيمكن ، بالاقتران مع تحسين استخدام المواد ، قدرة تراكمي تبلغ حوالي 2 TW بحلول عام 2050 و 10 TW بحلول نهاية هذا القرن.