stringtranslate.com

Теллурид кадмия

Теллурид кадмия (CdTe) представляет собой стабильное кристаллическое соединение , образованное из кадмия и теллура . В основном он используется в качестве полупроводникового материала в фотоэлектрических элементах из теллурида кадмия и в инфракрасных оптических окнах . Обычно его помещают в прослойку из сульфида кадмия , чтобы сформировать солнечный фотоэлемент с p-n-переходом .

Приложения

CdTe используется для изготовления тонкопленочных солнечных элементов , что составляет около 8% всех солнечных элементов, установленных в 2011 году. [4] Они относятся к числу самых дешевых типов солнечных элементов, [5] хотя сравнение общей установленной стоимости зависит от размер установки и многие другие факторы, и он быстро менялся из года в год. На рынке солнечных батарей CdTe доминирует компания First Solar . В 2011 году было произведено около 2 ГВт солнечных элементов CdTe ; [4] Для получения более подробной информации и обсуждения см. Фотогальваника из теллурида кадмия .

CdTe можно легировать ртутью , чтобы получить универсальный материал для инфракрасных детекторов ( HgCdTe ). CdTe, легированный небольшим количеством цинка , является отличным твердотельным детектором рентгеновских и гамма-лучей ( CdZnTe ).

CdTe используется в качестве инфракрасного оптического материала для оптических окон и линз и, как доказано, обеспечивает хорошие характеристики в широком диапазоне температур. [6] Ранняя форма CdTe для использования в ИК-излучении продавалась под торговой маркой Irtran-6 , но она устарела.

CdTe также применяется для электрооптических модуляторов . Он имеет наибольший электрооптический коэффициент линейного электрооптического эффекта среди кристаллов соединений II-VI (r 41 =r 52 =r 63 =6,8×10 -12 м/В).

CdTe, легированный хлором , используется в качестве детектора рентгеновского излучения, гамма-лучей, бета-частиц и альфа-частиц . CdTe может работать при комнатной температуре, что позволяет создавать компактные детекторы для широкого спектра применений в ядерной спектроскопии. [7] Свойства, которые делают CdTe превосходным средством для реализации высокоэффективных детекторов гамма- и рентгеновского излучения, — это высокий атомный номер, большая запрещенная зона и высокая подвижность электронов ~1100 см 2 /В·с, что приводит к высокой собственной µτ (подвижность -срок службы) продукта и, следовательно, высокая степень сбора заряда и превосходное спектральное разрешение. [8] Из-за плохих свойств переноса заряда дырок, ~100 см 2 /В·с, для получения спектроскопии высокого разрешения используются детекторы с одной несущей несущей; к ним относятся копланарные сетки, детекторы с воротником Фриша и детекторы небольших пикселей .

Физические свойства

Оптические и электронные свойства

Спектры флуоресценции коллоидных квантовых точек CdTe различных размеров, увеличивающихся примерно от 2 до 20 нм слева направо. Синий сдвиг флуоресценции обусловлен квантовым ограничением .

Объемный CdTe прозрачен в инфракрасном диапазоне , от энергии, близкой к его запрещенной зоне (1,5 эВ при 300 К, [10] , что соответствует длине волны инфракрасного излучения около 830 нм) до длин волн более 20 мкм; соответственно, CdTe флуоресцирует при 790 нм. Поскольку размер кристаллов CdTe уменьшается до нескольких нанометров или меньше, превращая их в квантовые точки CdTe , пик флуоресценции смещается из видимого диапазона в ультрафиолет.

Химические свойства

CdTe нерастворим в воде. [11] CdTe имеет высокую температуру плавления 1041 °C, испарение начинается при 1050 °C. [12] CdTe имеет нулевое давление пара при температуре окружающей среды. CdTe более стабилен, чем его исходные соединения кадмий и теллур и большинство других соединений Cd, из-за его высокой температуры плавления и нерастворимости. [13]

Теллурид кадмия коммерчески доступен в виде порошка или кристаллов. Его можно превратить в нанокристаллы.

Токсикологическая оценка

Соединение CdTe имеет другие свойства, чем два элемента, кадмий и теллур, взятые по отдельности. CdTe имеет низкую острую ингаляционную, пероральную и водную токсичность и дает отрицательный результат в тесте Эймса на мутагенность. На основании уведомления Европейского химического агентства (ECHA) об этих результатах CdTe больше не классифицируется как вредный при проглатывании или как вредный при контакте с кожей, а классификация токсичности для водных организмов была снижена. [14] После правильного и надежного захвата и инкапсуляции CdTe, используемый в производственных процессах, может быть обезврежен. Текущие модули CdTe проходят тест на процедуру выщелачивания характеристик токсичности Агентства по охране окружающей среды США (TCLP), предназначенный для оценки возможности долгосрочного выщелачивания продуктов, выбрасываемых на свалки. [15]

В документе, размещенном в Национальном институте здравоохранения США [16] от 2003 года, говорится, что:

Брукхейвенская национальная лаборатория (BNL) и Министерство энергетики США (DOE) номинируют теллурид кадмия (CdTe) для включения в Национальную токсикологическую программу (NTP). Эту номинацию решительно поддерживают Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) и First Solar Inc. Материал имеет потенциал для широкого применения в производстве фотоэлектрической энергии, что потребует обширных человеческих интерфейсов. Следовательно, мы считаем необходимым провести окончательное токсикологическое исследование последствий длительного воздействия CdTe.

Согласно классификации, предоставленной компаниями Европейскому химическому агентству (ECHA) при регистрации REACH, он по-прежнему вреден для водной флоры и фауны с долгосрочными последствиями.

Кроме того, классификация, предоставленная компаниями в уведомлениях ECHA, классифицирует его как очень токсичное для водной флоры и фауны с долгосрочными последствиями, очень токсичное для водной флоры и фауны, вредное при вдыхании или проглатывании и вредное при контакте с кожей. [17]

Доступность

В настоящее время цены на сырье кадмий и теллур составляют незначительную долю стоимости солнечных элементов CdTe и других устройств CdTe. Однако теллур - относительно редкий элемент (1–5 частей на миллиард в земной коре; см. Распространенность элементов (страница данных) ). Благодаря повышению эффективности использования материалов и расширению систем переработки фотоэлектрических модулей, фотоэлектрическая промышленность CdTe имеет потенциал к 2038 году полностью полагаться на теллур из переработанных модулей с истекшим сроком службы . Другое исследование показывает, что переработка фотоэлектрических систем CdTe добавит значительный вторичный ресурс Te, что в сочетании с улучшенным использованием материалов позволит достичь совокупной мощности около 2 ТВт к 2050 году и 10 ТВт к концу века. [19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Питер Каппер (1994). Свойства узкозонных соединений кадмия. ИЭПП. стр. 39–. ISBN 978-0-85296-880-2. Проверено 1 июня 2012 года .
  2. ^ «Номинирование теллурида кадмия в Национальную программу токсикологии» (PDF) . Министерство здравоохранения и социальных служб США . Проверено 11 апреля 2003 г.
  3. ^ abc Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0087». Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH).
  4. ^ ab «Отчет о фотогальванике» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 5 ноября 2012 г.
  5. ^ «Введение». Халькогенидные фотовольтаики . 2011. стр. 1–8. дои : 10.1002/9783527633708.ch1. ISBN 9783527633708.
  6. ^ "Теллурид кадмия".
  7. ^ П. Кэппер (1994). Свойства узкощелевых соединений на основе кадмия . Лондон, Великобритания: INSPEC, IEE. ISBN 978-0-85296-880-2.
  8. ^ Вил, MC; Каллиопушка, Дж.; Похйонен, Х.; Андерссон, Х.; Ненонен, С.; Продавец, П.; Уилсон, доктор медицины (2012). «Характеристика пиксельных детекторов M-π-n CdTe, соединенных с чипом считывания HEXITEC». Журнал приборостроения . 7 (1): C01035. Бибкод : 2012JInst...7C1035V. дои : 10.1088/1748-0221/7/01/C01035 .
  9. ^ Палмер, DW (март 2008 г.). «Свойства полупроводников II-VI». Полупроводники-Информация.
  10. ^ Фонталь, Г.; и другие. (2000). «Температурная зависимость энергии запрещенной зоны кристаллического CdTe». Дж. Физ. хим. Твердые тела . 61 (4): 579–583. Бибкод : 2000JPCS...61..579F. дои : 10.1016/s0022-3697(99)00254-1.
  11. ^ Растворимость ниже 0,1 мг/л, что соответствует классификации нерастворимых веществ - ссылка «Регистрация веществ ECHA» [1]. Архивировано 13 декабря 2013 г. на archive.today.
  12. ^ "Теллурид кадмия". Архивировано из оригинала 13 декабря 2013 г. Проверено 13 декабря 2013 г.
  13. ^ С. Качмар (2011). «Оценка сквозного подхода к токсичности CdTe для фотоэлектрических элементов CdTe» (PDF) .[ постоянная мертвая ссылка ]
  14. ^ «Научный комментарий Фраунгофера к оценке жизненного цикла [так в оригинале] фотоэлектрических элементов CdTe». Центр кремниевой фотоэлектрической энергии Фраунгофера CSP. Архивировано из оригинала 13 декабря 2013 г.
  15. ^ В. Фтенакис; К. Цвайбель (2003). «CdTe PV: реальные и предполагаемые риски для окружающей среды, безопасности и охраны труда» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.
  16. ^ Номинация теллурида кадмия в Национальную программу токсикологии (PDF) (Отчет). Министерство здравоохранения и социальных служб США. 11 апреля 2003 г.
  17. ^ «Теллурид кадмия - Краткий профиль - ECHA» . Европейское химическое агентство. 2020.
  18. ^ М. Марведе; А. Реллер (2012). «Будущие потоки переработки теллура из фотоэлектрических отходов теллурида кадмия» (PDF) . Ресурсы, сохранение и переработка . 69 : 35–49. doi :10.1016/j.resconrec.2012.09.003.
  19. ^ Фтенакис, В.М. (2012). «Показатели устойчивости для расширения тонкопленочных фотоэлектрических систем до уровня тераватт». Вестник МРС . 37 (4): 425–430. дои : 10.1557/мр.2012.50 .

Внешние ссылки