カドミウムテルル化物（CdTe）は、カドミウムとテルルから形成された安定した結晶質化合物です。 主にテルル化カドミウム太陽電池や赤外線光学窓の半導体材料として使用されています。 これは通常硫化カドミウムに挟まれてpn接合太陽電池を形成する。 典型的には、CdTe PVセルはニップ構造を使用する。
| プロパティ | |
|---|---|
| 化学式 | Cd Te |
| モル質量 | 240.01g / mol |
| 密度 | 5.85g・cm -3 |
| 融点 | 1,041℃（1,906°F; 1,314K） |
| 沸点 | 1,050℃（1,920°F; 1,320K） |
| 水への溶解性 | 不溶性 |
| 他の溶媒における溶解度 | 不溶性 |
| バンドギャップ | 1.5eV（@ 300K、直接） |
| 熱伝導率 | 6.2W・m / m 2・K（293K） |
| 屈折率（ n D ） | 2.67（10μm） |
| 構造 | |
| 結晶構造 | 亜鉛閃緑岩 |
| スペースグループ | F 4 3m |
| 格子定数 | a = 648 pm |
| 熱化学 | |
| 熱容量（ C ） | 210 J / kg・K at 293 K |
| ハザード | |
| EU分類（DSD） （旧式） | 有害な（ Xn ） 環境に危険（ N ） |
| R-フレーズ（旧式） | R20 / 21/22 、 R50 / 53 |
| S句（旧式） | （S2） 、 S60 、 S61 |
| 米国の健康暴露限度（NIOSH）： | |
| PEL（許可） | [1910.1027] TWA 0.005mg / m 3 （Cdとして） |
| REL（推奨） | Ca |
| IDLH（即時の危険） | Ca [9mg / m 3 （Cdとして）] |
アプリケーション
CdTeは、2011年に設置されたすべての太陽電池の約8％を占める薄膜太陽電池を製造するために使用されています。総コストの比較は、設置サイズやその他の多くの要因によって異なります毎年急速に変化しています。 CdTe太陽電池市場はファーストソーラーが支配しています。 2011年には約2 GWpのCdTe太陽電池が製造された。 詳細と議論については、テルル化カドミウム太陽電池を参照してください。
CdTeは水銀と合金化して、多彩な赤外線検出器材料（HgCdTe）を作ることができます。 少量の亜鉛と合金化されたCdTeは、優れた固体状態のX線およびガンマ線検出器（CdZnTe）を形成する。
CdTeは、光学窓およびレンズ用の赤外線光学材料として使用され、広範囲の温度にわたって良好な性能を提供することが証明されている。 IR用のCdTeの初期の形態は、Irtran-6の商標名で市販されていたが、これは時代遅れである。
CdTeは、電気光学変調器にも適用される。 これは、II-VI化合物結晶（r41 = r52 = r63 = 6.8×10-12m / V）の中で線形電気光学効果の電気光学係数が最大である。
塩素でドープされたCdTeは、X線、ガンマ線、ベータ粒子およびアルファ粒子の放射線検出器として使用される。 CdTeは、室温で動作することができ、核分光法で幅広い用途に適した小型の検出器を構成することができます。 高性能ガンマ線検出器とX線検出器の実現のためにCdTeを優れたものにする特性は、原子数が大きく、バンドギャップが大きく、1100cm2 / Vsの高い電子移動度であり、その結果、μτ（移動度寿命）の高い製品高い電荷回収率と優れたスペクトル分解能を備えています。 ~100cm2 / V・sのホールの電荷輸送特性が悪いため、シングルキャリア検出検出器の形状を用いて高分解能分光法を生成する。 これらには、コプレーナグリッド、フリッシュカラー検出器、および小型ピクセル検出器が含まれる。
物理的特性
熱膨張係数：293Kで5.9×10 -6 / K
ヤング率：52GPa
ポアソン比：0.41
光学および電子特性
バルクCdTeは、バンドギャップエネルギー（300Kで1.5eV、約830nmの赤外波長に対応）に近い赤外光を20μm以上の波長に透過する。 対応して、CdTeは790nmで蛍光性である。 CdTe結晶のサイズが数ナノメートル以下に減少すると、CdTe量子ドットになるので、蛍光ピークは可視領域を通り紫外にシフトする。
化学的特性
CdTeは水に不溶性である。 CdTeは1041℃の高い融点を有し、1050℃で蒸発を開始する。 CdTeは周囲温度で蒸気圧がゼロである。 CdTeは、その高い融点および不溶性のために、その親化合物のカドミウムおよびテルルおよび他のほとんどのCd化合物よりも安定である。
カドミウムテルライドは、粉末または結晶として市販されている。 それはナノクリスタルにすることができます。
毒性評価
化合物CdTeは、カドミウムおよびテルルの2つの元素とは異なる性質を有し、別々に取り込まれる。 毒性研究は、CdTeが元素カドミウムよりも毒性が低いことを示している。 CdTeは急性吸入、経口および水生毒性が低く、エイムス変異原性試験で陰性である。 これらの結果が欧州化学物質庁（ECHA）に通知されたことに基づき、CdTeは皮膚に接触しても有害でも有害であると分類されなくなり、水生生物への毒性分類が減少しました。 適切かつ安全に捕捉され、カプセル化されると、製造プロセスで使用されるCdTeは無害になる可能性があります。 現在のCdTeモジュールは、埋立地に処分された製品の長期浸出の可能性を評価するために設計されたUS EPAの毒性学的浸出手順（TCLP）試験に合格しています。
2003年の米国国立衛生研究所が主催する文書には、
ブルックヘブン国立研究所（BNL）と米国エネルギー省（DOE）は、カドミウムテルライド（CdTe）を国家毒性プログラム（NTP）に含める予定です。 この指名は、国立再生可能エネルギー研究所（NREL）とファーストソーラー社によって強く支持されています。この材料は、広範なヒューマンインタフェースを必要とする光電池発電に幅広く応用される可能性があります。 したがって、我々は、CdTeへの長期曝露の影響に関する決定的な毒物学的研究が必要であると考える。
米国エネルギー省のBrookhaven National Laboratoryの研究者は、CdTe PVモジュールの大規模使用は健康や環境にいかなるリスクももたらさず、耐用年数の終わりにモジュールをリサイクルすることは環境問題を完全に解決することを発見しました。 彼らの操業中に、これらのモジュールは汚染物質を生成せず、さらには化石燃料を移動させることによって環境に大きな利益をもたらす。 カドミウムを原材料とするCdTe PVモジュールは、他の現在のCdの使用よりも環境に優しいようです。CdTe PVは、近い将来、カドミウムの潜在的な過剰供給に対する持続可能な解決策を提供する。 カドミウムは、亜鉛精製の廃棄物副産物として生成され、鉄鋼製品の需要のためにPVでの使用にかかわらず、相当量で生成される。
可用性
現時点では、原材料のカドミウムとテルルの価格は、CdTe太陽電池および他のCdTeデバイスのコストの無視できる割合である。 しかし、テルルは比較的希少な元素です（地球の地殻で1〜5億分の1、元素の豊富さ（データページ）参照）。 材料効率の向上とPVリサイクルシステムの増加により、CdTe PV業界は、2038年までにリサイクルされた寿命末期モジュールからテルルに完全に頼る可能性があります。詳細は、カドミウムテルライド太陽電池を参照してください。 もう1つの研究は、CdTe PVリサイクルが、材料利用の改善と併せて、20世紀末までに約2TW、2050年、10TWの累積容量を可能にする、Teの重要な二次資源を追加することを示している。