El telururo de cadmio (CdTe) es un compuesto cristalino estable formado a partir de cadmio y telurio.Se utiliza principalmente como material semiconductor en telururo de cadmio fotovoltaico y una ventana óptica de infrarrojos. Suele estar emparedado con sulfuro de cadmio para formar una célula fotovoltaica de unión pn. Típicamente, las celdas PV de CdTe usan una estructura de compresión.
| Propiedades | |
|---|---|
| Fórmula química | Cd Te |
| Masa molar | 240.01 g / mol |
| Densidad | 5.85 g · cm -3 |
| Punto de fusion | 1,041 ° C (1,906 ° F; 1,314 K) |
| Punto de ebullición | 1.050 ° C (1.920 ° F; 1.320 K) |
| solubilidad en agua | insoluble |
| Solubilidad en otros solventes | insoluble |
| Band gap | 1.5 eV (@ 300 K, directo) |
| Conductividad térmica | 6.2 W · m / m 2 · K a 293 K |
| Índice de refracción ( n D ) | 2,67 (@ 10 μm) |
| Estructura | |
| Estructura cristalina | Blenda de zinc |
| Grupo espacial | F 4 3m |
| Constante de celosía | a = 648 p. m. |
| Termoquímica | |
| Capacidad de calor ( C ) | 210 J / kg · K a 293 K |
| Peligros | |
| Clasificación de la UE (DSD) (obsoleto) | Nocivo ( Xn ) Peligroso para el medio ambiente ( N ) |
| Frases R (desactualizadas) | R20 / 21/22 , R50 / 53 |
| S-frases (desactualizado) | (S2) , S60 , S61 |
| Límites de exposición a la salud de EE. UU. (NIOSH): | |
| PEL (permitido) | [1910.1027] TWA 0.005 mg / m 3 (como Cd) |
| REL (recomendado) | California |
| IDLH (peligro inmediato) | Ca [9 mg / m 3 (como Cd)] |
Aplicaciones
CdTe se utiliza para fabricar células solares de película delgada, que representan aproximadamente el 8% de todas las células solares instaladas en 2011. Se encuentran entre los tipos de células solares de menor costo, aunque una comparación del costo total de instalación depende del tamaño de la instalación y muchos otros factores. y ha cambiado rápidamente de un año a otro. El mercado de celdas solares de CdTe está dominado por First Solar. En 2011, se produjeron alrededor de 2 GWp de células solares CdTe; Para más detalles y discusión, vea telururo de cadmio fotovoltaico.
CdTe se puede alear con mercurio para hacer un material detector de infrarrojos versátil (HgCdTe).CdTe aleado con una pequeña cantidad de zinc es un excelente detector de rayos X y rayos gamma de estado sólido (CdZnTe).
CdTe se utiliza como material óptico infrarrojo para ventanas y lentes ópticos y ha demostrado proporcionar un buen rendimiento en un amplio rango de temperaturas. Una forma temprana de CdTe para el uso de IR se comercializó bajo el nombre registrado de Irtran-6, pero esto es obsoleto.
CdTe también se aplica para moduladores electro-ópticos. Tiene el mayor coeficiente electroóptico del efecto electroóptico lineal entre los cristales del compuesto II-VI (r41 = r52 = r63 = 6.8 × 10-12 m / V).
El CdTe dopado con cloro se usa como detector de radiación para rayos X, rayos gamma, partículas beta y partículas alfa. CdTe puede operar a temperatura ambiente permitiendo la construcción de detectores compactos para una amplia variedad de aplicaciones en espectroscopía nuclear. Las propiedades que hacen que CdTe sea superior para la realización de detectores de rayos gamma y rayos X de alto rendimiento son un alto número atómico, gran banda prohibida y alta movilidad de electrones ~ 1100 cm2 / V • s, que dan como resultado un alto producto intrínseco de μτ (vida útil) y, por lo tanto, alto grado de recolección de carga y excelente resolución espectral. Debido a las pobres propiedades de transporte de carga de los agujeros, ~ 100 cm2 / V • s, las geometrías del detector de detección de una sola portadora se utilizan para producir una espectroscopia de alta resolución; estos incluyen cuadrículas coplanarias, detectores de cuello frugal y detectores de píxels pequeños.
Propiedades físicas
Coeficiente de expansión térmica: 5,9 × 10-6 / K a 293 K
Módulo de Young: 52 GPa
Relación de Poisson: 0.41
Propiedades ópticas y electrónicas
Bulk CdTe es transparente en el infrarrojo, desde cerca de su banda de energía (1.5 eV a 300 K, que corresponde a la longitud de onda infrarroja de aproximadamente 830 nm) a longitudes de onda superiores a 20 μm; correspondientemente, CdTe es fluorescente a 790 nm. Como el tamaño de los cristales de CdTe se reduce a unos pocos nanómetros o menos, convirtiéndolos así en puntos cuánticos de CdTe, el pico de fluorescencia se desplaza a través del rango visible hacia el ultravioleta.
Propiedades químicas
CdTe es insoluble en agua. CdTe tiene un alto punto de fusión de 1041 ° C con evaporación comenzando a 1050 ° C. CdTe tiene una presión de vapor de cero a temperatura ambiente. CdTe es más estable que sus compuestos originales, cadmio y telurio, y la mayoría de otros compuestos de Cd, debido a su alto punto de fusión e insolubilidad.
El telururo de cadmio está disponible comercialmente como un polvo o como cristales. Se puede hacer en nanocristales.
Evaluación toxicológica
El compuesto CdTe tiene cualidades diferentes a los dos elementos, cadmio y teluro, tomados por separado. Los estudios de toxicidad muestran que el CdTe es menos tóxico que el cadmio elemental. CdTe tiene baja toxicidad aguda por inhalación, oral y acuática, y es negativa en la prueba de mutagenicidad de Ames. Según la notificación de estos resultados a la Agencia Europea de Sustancias y Preparados Químicos (ECHA), el CdTe ya no se clasifica como nocivo si se ingiere ni es nocivo en contacto con la piel y se ha reducido la clasificación de toxicidad para la vida acuática. Una vez capturado y encapsulado de manera correcta y segura, el CdTe utilizado en los procesos de fabricación puede ser inofensivo. Los módulos actuales de CdTe superan la prueba del Procedimiento de Lixiviación Característica de Toxicidad (TCLP) de la EPA de los EE. UU., Diseñada para evaluar el potencial de lixiviado a largo plazo de los productos desechados en vertederos.
Un documento presentado por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. Con fecha de 2003 revela que:
El Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) y el Departamento de Energía de los EE. UU. (DOE) están nominando Cadmio Telluride (CdTe) para su inclusión en el Programa Nacional de Toxicología (NTP). Esta nominación cuenta con el fuerte respaldo del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y First Solar Inc. El material tiene el potencial de aplicaciones generalizadas en la generación de energía fotovoltaica que involucrará extensas interfaces humanas. Por lo tanto, consideramos que es necesario un estudio toxicológico definitivo de los efectos de la exposición a largo plazo al CdTe.
Investigadores del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Han descubierto que el uso a gran escala de módulos PV CdTe no presenta ningún riesgo para la salud y el medioambiente, y el reciclaje los módulos al final de su vida útil resuelve completamente preocupaciones ambientales. Durante su operación, estos módulos no producen ningún contaminante y, además, al desplazar a los combustibles fósiles, ofrecen grandes beneficios medioambientales. Los módulos de CdTe PV que usan cadmio como materia prima parecen ser más amigables con el medio ambiente que todos los demás usos actuales de Cd. CdTe PV proporciona una solución sostenible a una posible sobreoferta de cadmio en el futuro cercano. El cadmio se genera como un subproducto residual del refinado de zinc y se genera en cantidades sustanciales independientemente de su uso en PV, debido a la demanda de productos de acero.
Disponibilidad
En la actualidad, el precio de las materias primas cadmio y telurio es una proporción insignificante del costo de las celdas solares CdTe y otros dispositivos CdTe. Sin embargo, el telurio es un elemento relativamente raro (1-5 partes por billón en la corteza terrestre, ver Abundancia de los elementos (página de datos)). Mediante la mejora de la eficiencia de los materiales y el aumento de los sistemas de reciclaje de PV, la industria de PV de CdTe tiene el potencial de confiar completamente en telurio a partir de módulos reciclados al final de su vida útil para 2038. Consulte Cadmio teluride fotovoltaico para obtener más información. Otro estudio muestra que el reciclaje de CdTe PV agregará un recurso secundario importante de Te que, junto con una mejor utilización del material, permitirá una capacidad acumulada de aproximadamente 2 TW para 2050 y 10 TW para fines de siglo.