Teluro de cadmio, Aplicaciones, Propiedades físicas, Propiedades químicas, Toxicidad, Disponibilidad

Teluro de cadmio es un compuesto cristalino formado por cadmio y teluro. Se utiliza como una ventana óptica de infrarrojos y un material de célula solar. Por lo general, se intercala con sulfuro de cadmio para formar una célula solar fotovoltaica de unión pn. Típicamente, las células de CdTe utilizan una estructura de n-i-p.

Aplicaciones

 Ver también: Cadmio fotovoltaica teluro

CdTe se utiliza para fabricar células solares de película fina, que representa aproximadamente el 6% de todas las células solares instaladas en 2010. Se encuentran entre los tipos más bajo costo de la célula solar, aunque una comparación de costo total de instalación depende del tamaño de la instalación y muchos otros factores, y ha cambiado rápidamente de año en año. El mercado de células solares de CdTe es dominado por First Solar. En 2010, se produjeron alrededor de 1,5 GWp de células solares de CdTe, si se incrementara enormemente esta cifra, hay finalmente podría haber una escasez de teluro, como Te es uno de los elementos más raros en la corteza terrestre. Específicamente, la producción podría ser ampliado por un factor de 1.000 a 10.000 antes de ejecutar fuera de Te. Otro problema para la tecnología es la toxicidad de cadmio, ver más abajo. Para más detalles y ver discusión teluro de cadmio fotovoltaica.

CdTe puede ser aleado con mercurio para hacer un material detector de infrarrojos versátil. CdTe aleado con una pequeña cantidad de zinc hace un excelente de estado sólido de rayos X y el detector de rayos gamma.

CdTe se utiliza como un material óptico de infrarrojos para ventanas ópticas y lentes pero tiene pequeña aplicación y está limitada por su toxicidad tal que pocas casas ópticos se considere trabajar con él. Una forma temprana de CdTe para uso IR se comercializó bajo el nombre de marca registrada de IrTran-6, pero esto es obsoleto.

CdTe también se aplica para los moduladores electro-ópticos. Tiene el mayor coeficiente electro-óptico del efecto electro-óptico lineal entre los cristales de compuestos II-VI.

CdTe dopado con cloro se utiliza como un detector de radiación de rayos X, rayos gamma, partículas beta y partículas alfa. CdTe puede operar a temperatura ambiente lo que permite la construcción de detectores compactos para una amplia variedad de aplicaciones en espectroscopia nuclear. Las propiedades que hacen que CdTe superior para la realización de los detectores de rayos gamma y rayos X de alto rendimiento son de alto número atómico, gran banda prohibida y de alta movilidad de electrones ~ 1,100 cm2/Vs, que dan como resultado productos de alta t intrínseca y por lo tanto alto grado de recogida de carga y excelente resolución espectral.

Propiedades físicas

  • Lattice constante: 0.648 nm a 300 K
  • Módulo de Young: 52 GPa
  • Relación de Poisson: 0.41

Propiedades térmicas

  • Conductividad térmica: 6.2 Wm/m2K a 293 K
  • Calor específico 210 J/kgK a 293 K
  • Coeficiente de dilatación térmica: 5,910 a 6/K a 293 K

Las propiedades ópticas y electrónicas

Granel CdTe es transparente en el infrarrojo, de cerca de su banda de energía brecha a longitudes de onda superiores a 20 m; correspondientemente, CdTe es fluorescente a 790 nm. Cuando el tamaño de cristal de CdTe se reduce a unos pocos nanómetros y por debajo, con lo que un punto cuántico CdTe, el pico de fluorescencia se desplaza hacia a través de la gama visible a la luz ultravioleta.

Propiedades químicas

CdTe tiene muy baja solubilidad en agua. Se grabado por muchos ácidos, incluyendo ácido clorhídrico, bromhídrico y, la formación de gas de hidrógeno y sales de teluro de cadmio tóxicos. Es un agente reductor y es inestable en el aire a altas temperaturas.

Telururo de cadmio está disponible comercialmente como un polvo, o en forma de cristales. Se puede hacer en nanocristales.

Toxicidad

Teluro de cadmio es tóxico si se ingiere, si se inhala el polvo, o si se maneja inadecuadamente. Una vez correctamente y con seguridad capturaron y encapsulado, CdTe utilizado en los procesos de fabricación pueden volverse inofensivo. CdTe parece ser menos tóxico que el cadmio elemental, al menos en términos de la exposición aguda.

La toxicidad no se debe únicamente a la presencia de cadmio. Un estudio encontró que la superficie altamente reactivo de cadmio telururo de puntos cuánticos provoca grandes daños reactiva de oxígeno a la membrana celular, mitocondrias, y núcleo de la célula. Además, las películas de teluro de cadmio se recristalizan típicamente en una solución de cloruro de cadmio tóxico.

La disposición y la seguridad a largo plazo de teluro de cadmio es un problema conocido en la comercialización a gran escala de paneles solares de teluro de cadmio. Se han hecho grandes esfuerzos para entender y superar estos problemas. Un documento presentado por los EE.UU. Institutos Nacionales de Salud, de fecha 2003 da a conocer que:

Laboratorio Nacional de Brookhaven y el Departamento de Energía de los EE.UU. son nominación cadmio Telluride para su inclusión en el Programa Nacional de Toxicología. Esta nominación es fuertemente apoyada por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y First Solar Inc. El material tiene la posibilidad de amplias aplicaciones en la generación de energía fotovoltaica que involucren grandes interfaces humanas. Por lo tanto, consideramos que un estudio toxicológico definitiva de los efectos de la exposición a largo plazo a CdTe es una necesidad.

Los investigadores del Laboratorio Nacional de Brookhaven EE.UU. han encontrado que el uso a gran escala de los módulos fotovoltaicos de CdTe no presenta riesgos para la salud y el medio ambiente, y el reciclado de los módulos al final de su vida útil, resuelve completamente los problemas medioambientales. Durante su funcionamiento, estos módulos no producen ningún contaminantes, y, por otra parte, mediante el desplazamiento de los combustibles fósiles, que ofrecen grandes beneficios ambientales. Módulos fotovoltaicos de CdTe parecen ser más respetuosos del medio ambiente que el resto de los usos actuales de Cd.

El enfoque de CdTe de seguridad en la Unión Europea y China es mucho más cauto: cadmio y sus compuestos son considerados como tóxicos carcinógenos en la UE, mientras que las regulaciones de China permiten Cd productos sólo para exportación.

Disponibilidad

En la actualidad, el precio de las materias primas cadmio y telurio son una proporción insignificante del coste de las células solares de CdTe y otros dispositivos de CdTe. Sin embargo, el telurio es un elemento extremadamente raro, y si CdTe se iban a utilizar en cantidades suficientemente grandes, la disponibilidad de telurio podría ser un problema grave. Ver teluro de cadmio fotovoltaica para más información.