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 .
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 .
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.
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.
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]
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]