Тельдурид кадмия (CdTe) представляет собой стабильное кристаллическое соединение, образованное из кадмия и теллура. Он в основном используется в качестве полупроводникового материала в фотоэлектрических элементах теллурида кадмия и инфракрасном оптическом окне. Он обычно зажат сульфидом кадмия для образования солнечной фотоэлемента pn-перехода. Как правило, фотоэлементы CdTe используют структуру ниппеля.

свойства
Химическая формула	Cd Te
Молярная масса	240,01 г / моль
плотность	5,85 г · см -3
Температура плавления	1,041 ° C (1,906 ° F; 1,314 K)
Точка кипения	1,050 ° C (1,920 ° F; 1,320 K)
Растворимость в воде	нерастворимый
Растворимость в других растворителях	нерастворимый
Полоса	1,5 эВ (при 300 К, прямой)
Теплопроводность	6,2 Вт · м / м 2 · К при 293 К
Показатель преломления ( n D )	2,67 (& plusmn; 10 мкм)
Состав
Кристальная структура	Цинковая обманка
Космическая группа	F 4 3 м
Постоянная решетки	a = 648 ч.
термохимия
Теплоемкость ( C )	210 Дж / кг · К при 293 К
опасности
Классификация ЕС (DSD) (устаревшая)	Вредный ( Xn ) Опасно для окружающей среды ( N )
R-фразы (устаревшие)	R20 / 21/22 , R50 / 53
S-фразы (устаревшие)	(S2) , S60 , S61
Пределы воздействия на здоровье человека (NIOSH):
PEL (допустимый)	[1910,1027] TWA 0,005 мг / м 3 (в виде Cd)
REL (рекомендуется)	Калифорния
IDLH (непосредственная опасность)	Са [9 мг / м 3 (в виде Cd)]

Приложения
CdTe используется для создания тонкопленочных солнечных элементов, на которые приходится около 8% всех солнечных элементов, установленных в 2011 году. Они относятся к самым дешевым типам солнечных элементов, хотя сравнение общей установленной стоимости зависит от размера установки и многих других факторов , и из года в год он быстро менялся. На рынке солнечных батарей CdTe доминирует First Solar. В 2011 году было произведено около 2 ГВт солнечных батарей CdTe; Для более подробной информации и обсуждения см. Фотоэлектричество кадмия теллурида.

CdTe можно легировать ртутью, чтобы изготовить универсальный инфракрасный детекторный материал (HgCdTe). CdTe, легированный небольшим количеством цинка, создает превосходный твердотельный рентгеновский и гамма-детектор (CdZnTe).

CdTe используется в качестве инфракрасного оптического материала для оптических окон и линз и, как доказано, обеспечивает хорошую производительность в широком диапазоне температур. Ранняя форма CdTe для использования IR была продана под торговым наименованием Irtran-6, но это устарело.

CdTe также применяется для электрооптических модуляторов. Он обладает наибольшим электрооптическим коэффициентом линейного электрооптического эффекта среди кристаллов соединения II-VI (r41 = r52 = r63 = 6,8 × 10-12 м / V).

CdTe, легированный хлором, используется как детектор 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. Свойства, которые делают CdTe превосходным для реализации высокоэффективных гамма- и рентгеновских детекторов, представляют собой большое атомное число, большую запрещенную зону и высокую подвижность электронов ~ 1100 см2 / В • с, что приводит к высокому собственному μτ (время жизни подвижности) и, следовательно, высокая степень сбора заряда и отличное спектральное разрешение. Из-за плохих свойств переноса заряда дырок, ~ 100 см2 / В • с, геометрия детектора с одной несущей используется для получения спектроскопии высокого разрешения; они включают в себя копланарные сетки, детекторы frish-collar и маленькие детекторы пикселей.

Физические свойства
Коэффициент теплового расширения: 5,9 × 10-6 / K при 293 K
Модуль Юнга: 52 ГПа
Коэффициент Пуассона: 0,41

Оптические и электронные свойства
Массовая CdTe прозрачна в инфракрасном диапазоне, от близкой к ее ширине зазоров (1,5 эВ при 300 К, что соответствует длине волны инфракрасного излучения около 830 нм) до длин волн более 20 мкм; соответственно, CdTe является флуоресцентным при 790 нм. Поскольку размер кристаллов CdTe уменьшается до нескольких нанометров или меньше, что делает их квантовыми точками CdTe, пик флуоресценции сдвигается через видимый диапазон в ультрафиолетовый.

Химические свойства
CdTe нерастворим в воде. CdTe имеет высокую температуру плавления 1041 ° C с испарением, начиная с 1050 ° C. CdTe имеет 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.

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

Токсикологическая оценка
Соединение CdTe имеет разные качества, чем два элемента, кадмий и теллур, взятые отдельно. Исследования токсичности показывают, что CdTe менее токсичен, чем элементный кадмий. CdTe обладает низкой острой ингаляционной, оральной и водной токсичностью и является отрицательным в тесте мутантности Амиса. Основываясь на уведомлении этих результатов Европейскому агентству по химическим веществам (ECHA), CdTe больше не классифицируется как вредное, если попадает в организм и не вреден при контакте с кожей, а классификация токсичности для водной жизни сокращается. После надлежащего и безопасного захвата и инкапсуляции CdTe, используемый в производственных процессах, может быть безвреден. Текущие модули CdTe проходят тест по методу токсичности выхлопных газов США (TCLP), предназначенный для оценки возможности долгосрочного выщелачивания продуктов, находящихся на свалках.

В документе, опубликованном Национальным институтом здравоохранения США от 2003 года, говорится:

Брукхейвенская национальная лаборатория (BNL) и Министерство энергетики США (DOE) назначают Cadmium Telluride (CdTe) для включения в Национальную программу по токсикологии (NTP). Эта номинация полностью поддерживается Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) и First Solar Inc. Материал обладает потенциалом для широкомасштабных применений в области фотоэлектрической энергии, которые будут охватывать обширные человеческие интерфейсы. Следовательно, мы считаем, что окончательное токсикологическое исследование влияния длительного воздействия CdTe является необходимостью.

Исследователи из Национальной лаборатории Министерства энергетики США в Брукхейвене обнаружили, что широкомасштабное использование модулей PV CdTe не представляет никаких рисков для здоровья и окружающей среды, а утилизация модулей по истечении срока их полезного использования полностью решает любые экологические проблемы. Во время их эксплуатации эти модули не производят никаких загрязняющих веществ и, кроме того, путем вытеснения ископаемых видов топлива, они обеспечивают большие экологические преимущества. Модули CdTe PV, которые используют кадмий в качестве сырья, выглядят более экологически безвредными, чем все другие текущие применения Cd. CdTe PV обеспечивает устойчивое решение потенциального избытка кадмия в ближайшем будущем.Кадмий образуется как отработанный побочный продукт переработки цинка и вырабатывается в значительных количествах независимо от его использования в PV из-за спроса на стальные изделия.

Доступность
В настоящее время цена на сырьевой кадмий и теллур составляет 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. Изобилие элементов (страница данных)). Благодаря улучшенной эффективности материалов и увеличенным системам рециркуляции PV, CdTe PV-индустрия может полностью полагаться на теллур из переработанных модулей с истекшим сроком службы к 2038 году. Для получения дополнительной информации см. Фотогальванику теллурида кадмия. Другое исследование показывает, что рециркуляция CdTe PV добавит значительный вторичный ресурс Te, который в сочетании с улучшенным использованием материала позволит к концу столетия создать совокупную емкость около 2 ТВт к 2050 году и 10 ТВт.