El telururo de cadmio (CdTe) es un compuesto cristalino estable formado a partir de cadmio y telurio . Se utiliza principalmente como material semiconductor en la energía fotovoltaica de telururo de cadmio y una ventana óptica infrarroja . Por lo general, se intercala con sulfuro de cadmio para formar una célula fotovoltaica solar de unión p – n . Normalmente, las células fotovoltaicas de CdTe utilizan una estructura de contacto .
Nombres | |
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Otros nombres Irtran-6 | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) |
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ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.013.773 |
Número CE |
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PubChem CID | |
Número RTECS |
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UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
Cd Te | |
Masa molar | 240,01 g / mol |
Densidad | 5,85 g · cm −3 [1] |
Punto de fusion | 1.041 ° C (1.906 ° F; 1.314 K) [2] |
Punto de ebullición | 1.050 ° C (1.920 ° F; 1.320 K) |
insoluble | |
Solubilidad en otros disolventes. | insoluble |
Brecha de banda | 1,5 eV (@ 300 K, directo) |
Conductividad térmica | 6.2 W · m / m 2 · K a 293 K |
Índice de refracción ( n D ) | 2,67 (a 10 µm) |
Estructura | |
Estructura cristalina | Blenda de zinc |
Grupo espacial | F 4 3m |
Constante de celosía | a = 0,648 nm |
Termoquímica | |
Capacidad calorífica ( C ) | 210 J / kg · K a 293 K |
Peligros | |
Pictogramas GHS | |
Palabra de señal GHS | Advertencia |
Declaraciones de peligro GHS | H302 , H312 , H332 , H400 , H410 , H411 |
Consejos de prudencia del SGA | P261 , P264 , P270 , P271 , P273 , P280 , P301 + 312 , P302 + 352 , P304 + 312 , P304 + 340 , P312 , P322 , P330 , P363 , P391 , P501 |
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.): | |
PEL (permitido) | [1910.1027] TWA 0,005 mg / m 3 (como Cd) [3] |
REL (recomendado) | Ca [3] |
IDLH (peligro inmediato) | Ca [9 mg / m 3 (como Cd)] [3] |
Compuestos relacionados | |
Otros aniones | Óxido de cadmio Sulfuro de cadmio Seleniuro de cadmio |
Otros cationes | Telururo de zinc Telururo de mercurio |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
Aplicaciones
El CdTe se utiliza para fabricar células solares de película delgada , lo que representa aproximadamente el 8% de todas las células solares instaladas en 2011. [4] Se encuentran entre los tipos de células solares de menor costo, [5] aunque una comparación del costo total instalado depende de tamaño de la instalación y muchos otros factores, y ha cambiado rápidamente de un año a otro. El mercado de células solares CdTe está dominado por First Solar . En 2011, se produjeron alrededor de 2 GW p de células solares de CdTe; [4] Para más detalles y discusión, consulte Energía fotovoltaica de telururo de cadmio .
El CdTe se puede alear con mercurio para hacer un material detector de infrarrojos versátil ( HgCdTe ). El CdTe aleado con una pequeña cantidad de zinc lo convierte en un excelente detector de rayos X y rayos gamma de estado sólido ( CdZnTe ).
CdTe se utiliza como un infrarroja material óptico para ventanas ópticas y lentes y se ha demostrado para proporcionar un buen rendimiento en una amplia gama de temperaturas. [6] Una forma temprana de CdTe para uso de IR se comercializó con el nombre de marca registrada de Irtran-6, pero está obsoleta.
CdTe también se aplica a moduladores electroópticos . Tiene el mayor coeficiente electroóptico del efecto electroóptico lineal entre los cristales compuestos II-VI (r 41 = r 52 = r 63 = 6,8 × 10 −12 m / V).
El CdTe dopado con cloro se utiliza como detector de radiación para rayos X, rayos gamma, partículas beta y partículas alfa . CdTe puede operar a temperatura ambiente permitiendo la construcción de detectores compactos para una amplia variedad de aplicaciones en espectroscopía nuclear. [7] Las propiedades que hacen que CdTe sea superior para la realización de detectores de rayos X y gamma de alto rendimiento son un alto número atómico, una gran banda prohibida y una alta movilidad de electrones ~ 1100 cm 2 / V · s, que dan como resultado un alto μτ intrínseco (movilidad de por vida) y, por lo tanto, un alto grado de recolección de carga y una excelente resolución espectral. [8] Debido a las malas propiedades de transporte de carga de los orificios, ~ 100 cm 2 / V · s, se utilizan geometrías de detector de detección de portadora única para producir espectroscopía de alta resolución; estos incluyen cuadrículas coplanares, detectores de cuello Frisch y detectores de píxeles pequeños .
Propiedades físicas
- Coeficiente de expansión térmica : 5,9 × 10 −6 / K a 293 K [9]
- Módulo de Young : 52 GPa
- Relación de Poisson : 0,41
Propiedades ópticas y electrónicas
El CdTe a granel es transparente en el infrarrojo , desde cerca de su energía de banda prohibida (1,5 eV a 300 K, [10] que corresponde a una longitud de onda infrarroja de aproximadamente 830 nm) hasta longitudes de onda superiores a 20 µm; correspondientemente, CdTe es fluorescente a 790 nm. A medida que el tamaño de los cristales de CdTe se reduce a unos pocos nanómetros o menos, lo que los convierte en puntos cuánticos de CdTe , el pico de fluorescencia se desplaza a través del rango visible hacia el ultravioleta.
Propiedades químicas
El CdTe es insoluble en agua. [11] El CdTe tiene un alto punto de fusión de 1041 ° C y la evaporación comienza a 1050 ° C. [12] CdTe tiene una presión de vapor de cero a temperatura ambiente. El CdTe es más estable que sus compuestos parentales cadmio y telurio y la mayoría de los otros compuestos de Cd, debido a su alto punto de fusión e insolubilidad. [13]
El telururo de cadmio está disponible comercialmente como polvo o como cristales. Se puede convertir en nanocristales.
Evaluación de toxicología
El compuesto CdTe tiene cualidades diferentes que los dos elementos, cadmio y telurio, tomados por separado. Los estudios de toxicidad muestran que el CdTe es menos tóxico que el cadmio elemental. [14] El CdTe tiene baja toxicidad aguda por inhalación, oral y acuática, y es negativo en la prueba de mutagenicidad de Ames. Con base en la notificación de estos resultados a la Agencia Europea de Sustancias Químicas (ECHA), el CdTe ya no se clasifica como nocivo si se ingiere ni en contacto con la piel, y la clasificación de toxicidad para la vida acuática se ha reducido. [15] Una vez capturado y encapsulado de manera adecuada y segura, el CdTe utilizado en los procesos de fabricación puede volverse inofensivo. Los módulos de CdTe actuales pasan la prueba del Procedimiento de lixiviación característica de toxicidad (TCLP) de la EPA de EE. UU., Diseñada para evaluar el potencial de lixiviación a largo plazo de productos desechados en vertederos. [dieciséis]
Un documento alojado por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. [17] con fecha de 2003 revela que:
El Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL) y el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) están nominando telururo de cadmio (CdTe) para su inclusión en el Programa Nacional de Toxicología (NTP). Esta nominación está fuertemente apoyada por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y First Solar Inc. El material tiene el potencial para aplicaciones extendidas en la generación de energía fotovoltaica que involucrará extensas interfaces humanas. Por lo tanto, consideramos que es necesario un estudio toxicológico definitivo de los efectos de la exposición prolongada al CdTe.
Investigadores del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Han descubierto que el uso a gran escala de módulos fotovoltaicos de CdTe no presenta ningún riesgo para la salud y el medio ambiente, y reciclar [ aclaración necesaria ] los módulos al final de su vida útil resuelve por completo cualquier preocupaciones ambientales. [ cita requerida ] Durante su funcionamiento, estos módulos no producen ningún contaminante, [ cita requerida ] y, además, al desplazar los combustibles fósiles, ofrecen grandes beneficios ambientales. [ cita requerida ] Los módulos fotovoltaicos de CdTe que utilizan cadmio como materia prima parecen ser más respetuosos con el medio ambiente que todos los demás usos actuales del Cd. [18] CdTe PV proporciona una solución sostenible a un posible exceso de oferta de cadmio en un futuro próximo. [19] El cadmio se genera como un subproducto de desecho del refinado de zinc y se genera en cantidades sustanciales independientemente de su uso en la energía fotovoltaica, debido a la demanda de productos de acero. [20]
Según la clasificación proporcionada por las empresas a la Agencia Europea de Sustancias y Preparados Químicos (ECHA) en los registros REACH, sigue siendo nocivo para la vida acuática con efectos duraderos.
Además, la clasificación proporcionada por las empresas a las notificaciones de la ECHA lo clasifica como muy tóxico para la vida acuática con efectos de larga duración, muy tóxico para la vida acuática, nocivo por inhalación o ingestión y es nocivo en contacto con la piel. [21]
Disponibilidad
En la actualidad, el precio de las materias primas cadmio y telurio son una proporción insignificante del costo de las células solares CdTe y otros dispositivos CdTe. Sin embargo, el telurio es un elemento relativamente raro (de 1 a 5 partes por mil millones en la corteza terrestre; consulte Abundancia de los elementos (página de datos) ). Mediante la mejora de la eficiencia del material y el aumento de los sistemas de reciclaje fotovoltaico, la industria fotovoltaica de CdTe tiene el potencial de depender completamente del telurio de los módulos reciclados al final de su vida útil para 2038. [22] Consulte Energía fotovoltaica de telururo de cadmio para obtener más información. Otro estudio muestra que el reciclaje fotovoltaico de CdTe agregará un recurso secundario significativo de Te que, junto con una mejor utilización del material, permitirá una capacidad acumulada de aproximadamente 2 TW para 2050 y 10 TW para finales de siglo. [23]
Ver también
- Seleniuro de cadmio
- Fotovoltaica de telururo de cadmio
- Telururo de cadmio y zinc
- Primer Solar
- Telururo de mercurio
- Telururo de mercurio (II) cadmio (II)
- Telururo de zinc
Referencias
- ^ Peter Capper (1994). Propiedades de los compuestos basados en cadmio de espacio estrecho . IET. págs. 39–. ISBN 978-0-85296-880-2. Consultado el 1 de junio de 2012 .
- ^ "Nominación de telururo de cadmio al programa nacional de toxicología" (PDF) . Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos . Consultado el 11 de abril de 2003 .
- ^ a b c Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos. "# 0087" . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
- ^ a b "Informe fotovoltaica" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 5 de noviembre de 2012.
- ^ "Introducción". Fotovoltaica de calcogenuros . 2011. págs. 1–8. doi : 10.1002 / 9783527633708.ch1 . ISBN 9783527633708.
- ^ "Telururo de cadmio" .
- ^ P. Capper (1994). Propiedades de los compuestos a base de cadmio de espacio estrecho . Londres, Reino Unido: INSPEC, IEE. ISBN 978-0-85296-880-2.
- ^ Veale, MC; Kalliopuska, J .; Pohjonen, H .; Andersson, H .; Nenonen, S .; Vendedor, P .; Wilson, MD (2012). "Caracterización de detectores de píxeles CdTe M-π-n acoplados al chip de lectura HEXITEC" . Revista de instrumentación . 7 (1): C01035. Código bibliográfico : 2012JInst ... 7C1035V . doi : 10.1088 / 1748-0221 / 7/01 / C01035 .
- ^ Palmer, DW (marzo de 2008). "Propiedades de los semiconductores compuestos II-VI" . Semiconductores-Información.
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- ^ "Telururo de cadmio" . Archivado desde el original el 13 de diciembre de 2013 . Consultado el 13 de diciembre de 2013 .
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- ^ Fthenakis, VM (2012). "Métricas de sostenibilidad para extender la energía fotovoltaica de película delgada a niveles de teravatios" . Boletín MRS . 37 (4): 425–430. doi : 10.1557 / señora.2012.50 .
enlaces externos
- Página de CdTe en el sitio web del Instituto de Física del Estado Sólido de la Academia de Ciencias de Rusia (html)
- Propiedades ópticas Universidad de Reading, Laboratorio de infrarrojos multicapa
- CdTe: monocristales, cultivados mediante técnicas HPVB y HPVZM; ventanas, sustratos, moduladores electroópticos. Espectro de transmitancia infrarroja. MSDS.
- Inventario Nacional de Contaminantes - Cadmio y compuestos
- MSDS en ISP optics.com (doc)
- MDSD en espimetals.com (pdf)
- Hoja de datos de seguridad del material en el sitio web de óptica de isp (documento de MS Word)