stringtranslate.com

Теллурид кадмия

Теллурид кадмия (CdTe) — стабильное кристаллическое соединение , образованное кадмием и теллуром . В основном используется в качестве полупроводникового материала в фотоэлектрических элементах на основе теллурида кадмия и в инфракрасном оптическом окне . Обычно его помещают в слой с сульфидом кадмия для формирования p–n-перехода солнечного фотоэлемента.

Приложения

CdTe используется для изготовления тонкопленочных солнечных элементов , что составляет около 8% всех солнечных элементов, установленных в 2011 году. [4] Они являются одними из самых дешевых типов солнечных элементов, [5] хотя сравнение общей установленной стоимости зависит от размера установки и многих других факторов и быстро меняется из года в год. На рынке солнечных элементов CdTe доминирует First Solar . В 2011 году было произведено около 2 ГВт солнечных элементов CdTe; [ 4] Для получения более подробной информации и обсуждения см. фотоэлектрические элементы на основе теллурида кадмия .

CdTe можно сплавить с ртутью , чтобы получить универсальный материал для инфракрасного детектора ( HgCdTe ). CdTe, сплавленный с небольшим количеством цинка , образует превосходный твердотельный детектор рентгеновского и гамма-излучения ( CdZnTe ).

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

Для электрооптических модуляторов применяется также CdTe . Он имеет наибольший электрооптический коэффициент линейного электрооптического эффекта среди кристаллов соединений II-VI групп (r41 = r52 = r63 = 6,8×10−12 м /В).

CdTe, легированный хлором, используется в качестве детектора излучения для рентгеновских лучей, 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 для реализации высокопроизводительных гамма- и рентгеновских детекторов, - это высокое атомное число, большая ширина запрещенной зоны и высокая подвижность электронов ~1100 см 2 /В·с, что приводит к высокому собственному произведению μτ (подвижность-время жизни) и, следовательно, высокой степени сбора заряда и превосходному спектральному разрешению. [8] Из-за плохих свойств переноса заряда дырок, ~100 см 2 /В·с, геометрии детекторов с односторонним считыванием носителей используются для получения спектроскопии высокого разрешения; к ним относятся копланарные сетки, детекторы с воротником Фриша и детекторы с малыми пикселями .

Физические свойства

Оптические и электронные свойства

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

Объемный CdTe прозрачен в инфракрасном диапазоне , от близкого к его энергии запрещенной зоны (1,5 эВ при 300 К, [10] , что соответствует инфракрасной длине волны около 830 нм) до длин волн более 20 мкм; соответственно, CdTe флуоресцентен при 790 нм. Поскольку размер кристаллов CdTe уменьшается до нескольких нанометров или меньше, что делает их квантовыми точками CdTe , пик флуоресценции смещается через видимый диапазон в ультрафиолет.

Химические свойства

CdTe нерастворим в воде. [11] CdTe имеет высокую температуру плавления 1041 °C (1906 °F), а испарение начинается при 1050 °C (1920 °F). [12] CdTe имеет нулевое давление паров при температуре окружающей среды. CdTe более стабилен, чем его исходные соединения кадмий и теллур, а также большинство других соединений Cd, из-за его высокой температуры плавления и нерастворимости. [13]

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

Токсикологическая оценка

Соединение CdTe имеет иные качества, чем два элемента, кадмий и теллур, взятые по отдельности. CdTe имеет низкую острую ингаляционную, пероральную и водную токсичность и отрицателен в тесте на мутагенность Эймса. На основании уведомления об этих результатах Европейского химического агентства (ECHA), CdTe больше не классифицируется как вредный при проглатывании или вредный при контакте с кожей, а классификация токсичности для водной флоры и фауны была снижена. [14] После надлежащего и надежного захвата и инкапсуляции CdTe, используемый в производственных процессах, может быть обезврежен. Текущие модули CdTe проходят тест US EPA's Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP), разработанный для оценки потенциала долгосрочного выщелачивания продуктов, утилизированных на свалках. [15]

В документе, размещенном Национальным институтом здравоохранения США [2] от 2003 года, раскрывается следующее:

Брукхейвенская национальная лаборатория (BNL) и Министерство энергетики США (DOE) номинируют теллурид кадмия (CdTe) для включения в Национальную токсикологическую программу (NTP). Эта номинация активно поддерживается Национальной лабораторией возобновляемой энергии (NREL) и First Solar Inc. Материал имеет потенциал для широкого применения в производстве фотоэлектрической энергии, которая будет включать обширные человеческие интерфейсы. Поэтому мы считаем, что окончательное токсикологическое исследование эффектов длительного воздействия CdTe является необходимостью.

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

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. [16]

Доступность

В настоящее время цены на сырьевые материалы кадмий и теллур составляют незначительную долю стоимости солнечных элементов CdTe и других устройств CdTe. Однако теллур является относительно редким элементом (1–5 частей на миллиард в земной коре; см. Распространенность элементов (страница данных) ). Благодаря повышению эффективности материалов и расширению систем переработки фотоэлектрических модулей, к 2038 году отрасль фотоэлектрических модулей CdTe может полностью полагаться на теллур из переработанных модулей с истекшим сроком эксплуатации. [17] Для получения дополнительной информации см. Фотоэлектрические системы на основе теллурида кадмия . Другое исследование показывает, что переработка фотоэлектрических модулей CdTe добавит значительный вторичный ресурс Te, который в сочетании с улучшенным использованием материалов позволит достичь совокупной мощности около 2 ТВт к 2050 году и 10 ТВт к концу столетия. [18]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Питер Каппер (1994). Свойства соединений на основе кадмия с узкой зоной. IET. стр. 39–. ISBN 978-0-85296-880-2. Получено 1 июня 2012 г.
  2. ^ ab Номинация теллурида кадмия в Национальную токсикологическую программу (PDF) (Отчет). Министерство здравоохранения и социальных служб США. 2003-04-11.
  3. ^ abc NIOSH Карманный справочник по химическим опасностям. "#0087". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ ab "Отчет по фотоэлектричеству" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2012-11-05.
  5. ^ "Введение". Халькогенидная фотовольтаика . 2011. стр. 1–8. doi :10.1002/9783527633708.ch1. ISBN 9783527633708.
  6. ^ «Теллурид кадмия».
  7. ^ P. Capper (1994). Свойства соединений на основе кадмия с узкой щелью . Лондон, Великобритания: INSPEC, IEE. ISBN 978-0-85296-880-2.
  8. ^ Veale, MC; Kalliopuska, J.; Pohjonen, H.; Andersson, H.; Nenonen, S.; Seller, P.; Wilson, MD (2012). "Характеристика пиксельных детекторов M-π-n CdTe, соединенных с чипом считывания HEXITEC". Journal of Instrumentation . 7 (1): C01035. Bibcode :2012JInst...7C1035V. doi : 10.1088/1748-0221/7/01/C01035 .
  9. ^ Палмер, Д. У. (март 2008 г.). «Свойства полупроводниковых соединений II-VI». Semiconductors-Information.
  10. ^ Fonthal, G.; et al. (2000). "Температурная зависимость энергии запрещенной зоны кристаллического CdTe". J. Phys. Chem. Solids . 61 (4): 579–583. Bibcode :2000JPCS...61..579F. doi :10.1016/s0022-3697(99)00254-1.
  11. ^ Растворимость ниже 0,1 мг/л, что соответствует классификации как нерастворимое - ссылка, "Регистрация веществ ECHA"[1] Архивировано 13.12.2013 на archive.today
  12. ^ "Теллурид кадмия". Архивировано из оригинала 2013-12-13 . Получено 2013-12-13 .
  13. ^ С. Качмар (2011). «Оценка перекрестного подхода к токсичности CdTe для фотоэлектрических систем на основе CdTe» (PDF) .[ постоянная мертвая ссылка ]
  14. ^ "Научный комментарий Фраунгофера к оценке жизненного цикла [sic] фотоэлектрических элементов на основе CdTe". Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP. Архивировано из оригинала 2013-12-13.
  15. ^ V. Fthenakis; K. Zweibel (2003). "CdTe PV: реальные и предполагаемые риски EHS" (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии.
  16. ^ "Теллурид кадмия - Краткая характеристика - ECHA". Европейское химическое агентство. 2020.
  17. ^ 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.
  18. ^ Фтенакис, В. М. (2012). «Показатели устойчивости для расширения тонкопленочных фотоэлектрических систем до тераваттных уровней». Бюллетень MRS . 37 (4): 425–430. doi : 10.1557/mrs.2012.50 .

Внешние ссылки