Telureto de cádmio (CdTe) é um composto cristalino estável formado a partir de cádmio e telúrio. É usado principalmente como o material semicondutor em fotovoltaicos telureto de cádmio e uma janela óptica infravermelha. É geralmente imprensada com sulfeto de cádmio para formar uma célula PV solar de junção pn. Tipicamente, as células fotovoltaicas CdTe usam uma estrutura nip.
| Propriedades | |
|---|---|
| Fórmula química | Cd Te |
| Massa molar | 240,01 g / mol |
| Densidade | 5,85 g · cm −3 |
| Ponto de fusão | 1,041 ° C (1,906 ° F; 1,314 K) |
| Ponto de ebulição | 1,050 ° C (1,920 ° F; 1,320 K) |
| Solubilidade em Água | insolúvel |
| Solubilidade em outros solventes | insolúvel |
| Banda gap | 1,5 eV (@ 300 K, direto) |
| Condutividade térmica | 6,2 W · m / m 2 · K a 293 K |
| Índice de refração ( n D ) | 2,67 (@ 10 µm) |
| Estrutura | |
| Estrutura de cristal | Blenda de zinco |
| Grupo espacial | F 4 3m |
| Estrutura constante | a = 648 pm |
| Termoquímica | |
| Capacidade de calor ( C ) | 210 J / kg · K a 293 K |
| Perigos | |
| Classificação da UE (DSD) (desatualizado) | Nocivo ( Xn ) Perigoso para o meio ambiente ( N ) |
| Frases R (desatualizadas) | R20 / 21/22 , R50 / 53 |
| Frases S (desatualizado) | (S2) , S60 , S61 |
| Limites de exposição de saúde nos EUA (NIOSH): | |
| PEL (permitido) | [1910.1027] TWA 0,005 mg / m 3 (como Cd) |
| REL (recomendado) | Ca |
| IDLH (perigo imediato) | Ca [9 mg / m 3 (como Cd)] |
Aplicações
O CdTe é usado para produzir células solares de película fina, representando cerca de 8% de todas as células solares instaladas em 2011. Elas estão entre os tipos de células solares de menor custo, embora uma comparação do custo total instalado dependa do tamanho da instalação e de muitos outros fatores. e mudou rapidamente de ano para ano. O mercado de células solares de CdTe é dominado pela First Solar. Em 2011, foram produzidos cerca de 2 GWp de células solares de CdTe;Para mais detalhes e discussão, veja fotovoltaicos de telureto de cádmio.
O CdTe pode ser ligado com mercúrio para fazer um material detector infravermelho versátil (HgCdTe). O CdTe ligado com uma pequena quantidade de zinco produz um excelente detector de raios X e raios gama em estado sólido (CdZnTe).
O CdTe é usado como um material óptico infravermelho para janelas e lentes ópticas e é comprovado que fornece um bom desempenho em uma ampla faixa de temperaturas. Uma forma inicial de CdTe para uso de RI foi comercializada sob o nome comercial de Irtran-6, mas isso é obsoleto.
O CdTe também é aplicado para moduladores eletro-ópticos. Possui o maior coeficiente eletro-óptico do efeito eletro-óptico linear entre cristais compostos II-VI (r41 = r52 = r63 = 6,8 × 10-12 m / V).
CdTe dopado com cloro é usado como um detector de radiação para raios X, raios gama, partículas beta e partículas alfa. O CdTe pode operar em temperatura ambiente, permitindo a construção de detectores compactos para uma ampla variedade de aplicações em espectroscopia nuclear. As propriedades que tornam o CdTe superior para a realização de detectores de raios gama e raios X de alto desempenho são alto número atômico, banda larga grande e alta mobilidade de elétrons ~ 1100 cm2 / V • s, que resultam em alto produto intrínseco μτ (mobilidade vitalícia) e, portanto, alto grau de coleta de carga e excelente resolução espectral. Devido às fracas propriedades de transporte de carga dos orifícios, ~ 100 cm2 / V • s, as geometrias do detector de detecção de portadora única são usadas para produzir espectroscopia de alta resolução; estes incluem redes coplanares, detectores de colarinho e pequenos detectores de pixels.
Propriedades físicas
Coeficiente de dilatação térmica: 5,9 × 10−6 / K a 293 K
Módulo de Young: 52 GPa
Taxa de Poisson: 0,41
Propriedades ópticas e eletrônicas
O CdTe volumoso é transparente no infravermelho, de perto da sua energia de hiato de banda (1,5 eV a 300 K, que corresponde ao comprimento de onda infravermelho de cerca de 830 nm) para comprimentos de onda superiores a 20 µm; correspondentemente, o CdTe é fluorescente a 790 nm.Como o tamanho dos cristais de CdTe é reduzido a alguns nanómetros ou menos, tornando-os pontos quânticos de CdTe, o pico de fluorescência desloca-se através do intervalo visível para o ultravioleta.
Propriedades quimicas
O CdTe é insolúvel em água. O CdTe tem um elevado ponto de fusão de 1041 ° C com a evaporação começando a 1050 ° C. O CdTe tem uma pressão de vapor de zero à temperatura ambiente. O CdTe é mais estável que seus compostos originais cádmio e telúrio e a maioria dos outros compostos de Cd, devido ao seu alto ponto de fusão e insolubilidade.
O telureto de cádmio está comercialmente disponível como um pó ou como cristais. Pode ser feito em nanocristais.
Avaliação toxicológica
O composto CdTe possui qualidades diferentes das dos dois elementos, cádmio e telúrio, tomados separadamente. Estudos de toxicidade mostram que o CdTe é menos tóxico que o cádmio elementar. O CdTe tem baixa toxicidade aguda por inalação, oral e aquática, e é negativo no teste de mutagenicidade de Ames. Com base na notificação destes resultados à Agência Europeia dos Produtos Químicos (ECHA), o CdTe já não é classificado como nocivo se ingerido ou nocivo em contacto com a pele, e a classificação de toxicidade para a vida aquática foi reduzida. Uma vez capturado e encapsulado de forma adequada e segura, o CdTe utilizado nos processos de fabricação pode ser inofensivo. Os módulos atuais de CdTe passam no teste Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP) da US EPA, projetado para avaliar o potencial de lixiviação de longo prazo de produtos descartados em aterros sanitários.
Um documento hospedado pelos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA, datado de 2003, revela que:
Brookhaven National Laboratory (BNL) e o Departamento de Energia dos EUA (DOE) estão nomeando o cádmio telureto (CdTe) para inclusão no Programa Nacional de Toxicologia (NTP). Esta nomeação é fortemente apoiada pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) e First Solar Inc. O material tem o potencial para aplicações generalizadas na geração de energia fotovoltaica que envolverá extensas interfaces humanas. Assim, consideramos que um estudo toxicológico definitivo dos efeitos da exposição a longo prazo ao CdTe é uma necessidade.
Pesquisadores do Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA descobriram que o uso em larga escala de módulos fotovoltaicos de CdTe não apresenta riscos à saúde e ao meio ambiente, e a reciclagem dos módulos ao final de sua vida útil resolve completamente quaisquer preocupações ambientais. Durante a operação, esses módulos não produzem poluentes e, além disso, ao deslocar os combustíveis fósseis, oferecem grandes benefícios ambientais. Os módulos fotovoltaicos de CdTe que utilizam o cádmio como matéria-prima parecem ser mais ecológicos do que todos os outros usos atuais do Cd. O CdTe PV fornece uma solução sustentável para um potencial excesso de oferta de cádmio no futuro próximo. O cádmio é gerado como subproduto do refino de zinco e é gerado em quantidades substanciais, independentemente de seu uso em PV, devido à demanda por produtos siderúrgicos.
Disponibilidade
Actualmente, o preço das matérias-primas, o cádmio e o telúrio, é uma proporção insignificante do custo das células solares de CdTe e de outros dispositivos de CdTe. No entanto, telúrio é um elemento relativamente raro (1-5 partes por bilhão na crosta terrestre; veja Abundâncias dos elementos (página de dados)). Através da eficiência aprimorada do material e do aumento dos sistemas de reciclagem fotovoltaica, a indústria fotovoltaica de CdTe tem o potencial de contar totalmente com telúrio a partir de módulos reciclados em fim de vida até 2038. Consulte Fotovoltaicos de telureto de cádmio para obter mais informações. Outro estudo mostra que a reciclagem PV de CdTe adicionará um recurso secundário significativo de Te que, em conjunto com uma melhor utilização do material, permitirá uma capacidade cumulativa de cerca de 2 TW em 2050 e 10 TW no final do século.