카드뮴 텔루 라이드 (CdTe)는 카드뮴과 텔 루륨으로 형성된 안정한 결정 화합물입니다. 주로 카드뮴 텔루 라이드 광전지 및 적외선 광학 창에서 반도체 재료로 사용됩니다. 일반적으로 카드뮴 황화물과 샌드위치되어 pn 접합 태양 PV 셀을 형성합니다. 일반적으로 CdTe PV 셀은 닙 구조를 사용합니다.
| 등록 정보 | |
|---|---|
| 화학식 | Cd 테 |
| 몰 질량 | 240.01 g / mol |
| 밀도 | 5.85 g · cm -3 |
| 녹는 점 | 1,041 ° C (1,906 ° F, 1,314 K) |
| 비점 | 1,050 ° C (1,920 ° F, 1,320 K) |
| 물에서의 용해도 | 불용성 |
| 다른 용매에서의 용해도 | 불용성 |
| 밴드 갭 | 1.5 eV (@ 300 K, 직접) |
| 열 전도성 | 6.2 W · m / m 2 · K at 293 K |
| 굴절률 ( n D ) | 2.67 (@ 10 ㎛) |
| 구조 | |
| 결정 구조 | 아연 블렌드 |
| 공간 그룹 | F 4 3m |
| 격자 상수 | a = 648 pm |
| 열화학 | |
| 열용량 ( C ) | 210 J / kg · K at 293 K |
| 위험 | |
| EU 분류 (DSD) (구형) | 해로운 ( Xn ) 환경에 위험 ( N ) |
| R 구문 (구형) | R20 / 21 / 22 , R50 / 53 |
| S 어구 (구식) | (S2) , S60 , S61 |
| 미국 건강 위험 기준 (NIOSH) : | |
| PEL (허용) | [1910.1027] TWA 0.005 mg / m3 (Cd로서) |
| REL (권장) | 칼슘 |
| IDLH (즉각적인 위험) | Ca [9 mg / m3 (Cd로서)] |
응용 프로그램
CdTe는 2011 년에 설치된 모든 태양 전지의 약 8 %를 차지하는 박막 태양 전지를 만드는 데 사용됩니다. 총 설치 비용의 비교는 설치 크기 및 기타 여러 요인에 따라 결정되지만 가장 저렴한 유형의 태양 전지 중 하나입니다 , 해가 갈수록 급속히 변했습니다. CdTe 태양 전지 시장은 First Solar에 의해 주도되고 있습니다. 2011 년에는 약 2 GWp의 CdTe 태양 전지가 생산되었습니다. 자세한 내용과 논의는 카드뮴 텔루 라이드 태양 전지를 참조하십시오.
CdTe는 수은과 합금되어 다양한 적외선 검출기 재료 (HgCdTe)를 제조 할 수 있습니다. 소량의 아연과 합금 된 CdTe는 우수한 고체 상태 X 선 및 감마선 검출기 (CdZnTe)를 만듭니다.
CdTe는 광학 윈도우 및 렌즈 용 적외선 광학 소재로 사용되며 광범위한 온도 범위에서 우수한 성능을 제공합니다. IR 용 CdTe의 초기 형태는 Irtran-6라는 상표명으로 시판되었지만 이것은 폐기되었습니다.
CdTe는 전기 광학 변조기에도 적용됩니다. II-VI 화합물 결정 (r41 = r52 = r63 = 6.8 × 10-12m / V) 중에서 선형 전기 광학 효과의 전기 광학 계수가 가장 큽니다.
염소가 도핑 된 CdTe는 X 선, 감마선, 베타 입자 및 알파 입자의 방사선 검출기로 사용됩니다. CdTe는 실온에서 작동하여 핵 분광학의 다양한 응용 분야에 적합한 소형 검출기를 구성 할 수 있습니다. 고성능 감마선 및 X 선 검출기의 실현을 위해 CdTe를 우수한 특성으로하는 높은 원자 번호, 큰 밴드 갭 및 높은 전자 이동도 ~ 1100 cm2 / V • s는 높은 고유 μτ (이동성 수명) 제품을 생성합니다 따라서 높은 수준의 전하 수집 및 우수한 스펙트럼 분해능을 제공합니다. 100 cm2 / V • s의 홀의 전하 수송 특성이 좋지 않기 때문에 단일 캐리어 감지 검출기 구조가 고해상도 분광법을 생성하는 데 사용됩니다. 여기에는 동일 평면 격자, frish-collar 감지기 및 작은 픽셀 감지기가 포함됩니다.
물리적 특성
열팽창 계수 : 293K에서 5.9 × 10-6 / K
탄성 계수 : 52 GPa
푸 아송 비율 : 0.41
광학 및 전자 특성
벌크 CdTe는 적외선에서 20 ㎛ 이상의 파장에 가까운 대역 갭 에너지 (300 K에서 1.5 eV, 약 830 nm의 적외선 파장에 해당)에서부터 투명합니다. 따라서, CdTe는 790 nm에서 형광을 띤다. CdTe 결정의 크기가 수 나노 미터 이하로 감소함에 따라 CdTe 양자점으로 만들어 지므로 형광 피크가 가시 범위를 통해 자외선으로 이동합니다.
화학적 특성
CdTe는 물에 불용성이다. CdTe는 1050 ° C에서 증발하면서 1041 ° C의 높은 융점을 갖는다. CdTe는 상온에서 증기압이 0이다. CdTe는 융점이 높고 불용성이기 때문에 모 화합물 인 카드뮴 및 텔 루륨과 대부분의 다른 Cd 화합물보다 안정합니다.
카드뮴 텔루 라이드는 파우더 또는 결정체로서 상업적으로 입수 가능합니다. 그것은 나노 결정으로 만들 수 있습니다.
독물학 평가
화합물 CdTe는 카드뮴과 텔루르의 두 원소와는 다른 성질을 가지고있다. 독성 연구에 따르면 CdTe는 원소 카드뮴보다 독성이 적습니다. CdTe는 급성 흡입, 구강 및 수생 독성이 낮으며 에임 돌연변이 유발 성 시험에서 음성이다. 이러한 결과를 유럽 화학 물질 청 (ECHA)에 통보 한 결과, CdTe는 더 이상 피부와 접촉하거나 해를 끼치 지 않으면 해로 분류되지 않으며 수생 생물에 대한 독성 분류가 감소되었습니다. 적절하고 확실하게 캡쳐되고 캡슐화되면 제조 공정에 사용되는 CdTe가 무해하게 될 수 있습니다. 현재 CdTe 모듈은 매립지에 처분 된 제품의 장기간 침출 가능성을 평가하기 위해 고안된 US EPA의 독성 특성 추출 절차 (TCLP) 테스트를 통과합니다.
2003 년 일자 미국 국립 보건원 (National Institute of Health Institute)에서 주최 한 문서에는 다음 내용이 포함되어 있습니다.
Brookhaven National Laboratory (BNL)과 미국 에너지 부 (DOE)는 CdTe (Cadmium Telluride)를 국가 독성 프로그램 (NTP)에 포함시키기 위해 지명하고 있습니다. 이 지명은 국립 신 재생 에너지 연구소 (NREL)와 퍼스트 솔라 (First Solar) 사가 강력하게 지원합니다.이 재료는 광범위한 인간 인터페이스가 필요한 광전지 에너지 생성에 널리 응용 될 수 있습니다. 그러므로 우리는 장기간의 CdTe 노출 효과에 대한 최종 독성 연구가 필요하다고 생각합니다.
미국 에너지 부 Brookhaven National Laboratory의 연구원은 CdTe PV 모듈의 대규모 사용이 건강과 환경에 위험을 초래하지 않으며, 수명이 다한 모듈을 재활용하면 환경 문제를 완전히 해결할 수 있음을 발견했습니다. 운전 중에이 모듈은 오염 물질을 생성하지 않으며, 또한 화석 연료를 대체함으로써 환경에 많은 이점을 제공합니다. 카드뮴을 원료로 사용하는 CdTe PV 모듈은 현재 다른 모든 Cd보다 환경 친화적 인 것처럼 보입니다. CdTe PV는 가까운 장래에 카드뮴의 잠재적 인 공급 과잉에 대한 지속 가능한 해결책을 제공합니다. 카드뮴은 아연 정제의 폐기물 부산물로 생성되며 철강 제품에 대한 수요로 인해 PV 사용에 관계없이 상당한 양으로 생성됩니다.
유효성
현재 원자재 카드뮴 및 텔루르의 가격은 CdTe 태양 전지 및 기타 CdTe 장치의 비용 중 무시할만한 비율이다. 그러나 텔 루륨은 상대적으로 희소 한 요소입니다 (지구의 지각에서 1-5 ppb, 요소의 풍부함 (데이터 페이지) 참조). CdTe PV 산업은 향상된 소재 효율성과 향상된 PV 재활용 시스템을 통해 2038 년까지 수명이 다한 재활용 모듈의 텔루르에 전적으로 의존 할 가능성이 있습니다. 자세한 정보는 카드뮴 텔루 라이드 태양 전지를 참조하십시오. 또 다른 연구에 따르면 CdTe PV 재활용은 물질 사용의 향상과 함께 20 세기 말까지 약 2 TW에서 2050 년과 10 TW까지의 누적 용량을 가능하게하는 Te의 중요한 2 차 자원을 추가하게 될 것입니다.