Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Теллурид кадмия
Сфалерит-элементарная-ячейка-глубина-затухание-3D-шары.png
Теллурид кадмия
Имена
Другие имена
Иртран-6
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.013.773 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 215-149-9
Номер RTECS
  • EV3330000
UNII
  • InChI = 1S / Cd.Te проверитьY
    Ключ: RPPBZEBXAAZZJH-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • InChI = 1 / Cd.Te / rCdTe / c1-2
    Ключ: RPPBZEBXAAZZJH-UEZHWRJLAD
  • мономер: [Cd] = [Te]
  • кристаллическая форма: [TeH + 2] 12 [CdH2-2] [TeH + 2] 3 [CdH2-2] [TeH + 2] ([CdH-2] 14) [CdH-2] 1 [Te + 2] 5 ([CdH-2] 38) [Cd-2] 26 [TeH + 2] 2 [CdH-2] ([Te + 2] 4) [TeH + 2] 1 [CdH2-2] [TeH + 2] 3 [CdH-2] 2 [Te + 2] [CdH-2] ([TeH + 2] 6 [CdH-2] ([TeH + 2]) [TeH + 2] 68) [TeH + 2] ([CdH2 -2] 6) [CdH-2] 35
Характеристики
Cd Te
Молярная масса240,01 г / моль
Плотность5,85 г · см −3 [1]
Температура плавления1 041 ° С (1 906 ° F, 1314 К) [2]
Точка кипения 1050 ° С (1,920 ° F, 1320 К)
нерастворимый
Растворимость в других растворителяхнерастворимый
Ширина запрещенной зоны1,5 эВ (@ 300 К, прямое)
Теплопроводность6,2 Вт · м / м 2 · K при 293 K
2,67 (@ 10 мкм)
Структура
Цинковая обманка
Ж 4 3 мес.
а  = 0,648 нм
Термохимия
210 Дж / кг · К при 293 К
Опасности
Пиктограммы GHSGHS07: ВредноGHS09: Опасность для окружающей среды
Сигнальное слово GHSПредупреждение
H302 , H312 , H332 , H400 , H410 , H411
Р261 , Р264 , Р270 , Р271 , Р273 , Р280 , Р301 + 312 , P302 + 352 , Р304 + 312 , Р304 + 340 , P312 , P322 , P330 , P363 , P391 , P501
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
[1910.1027] TWA 0,005 мг / м 3 (как Cd) [3]
REL (рекомендуется)
Ca [3]
IDLH (Непосредственная опасность)
Ca [9 мг / м 3 (в виде Cd)] [3]
Родственные соединения
Другие анионы
Оксид
кадмия Сульфид
кадмия Селенид кадмия
Другие катионы
Теллурид цинка Теллурид
ртути
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Теллурид кадмия (CdTe) представляет собой стабильное кристаллическое соединение, образованное из кадмия и теллура . Он в основном используется в качестве полупроводникового материала в фотоэлектрических элементах с теллуридом кадмия и инфракрасном оптическом окне . Обычно он зажат с сульфидом кадмия, чтобы сформировать фотоэлектрический элемент с p-n-переходом . Обычно в фотоэлементах CdTe используется зажимная структура.

Приложения [ править ]

Смотрите также: Фотовольтаика с теллуридом кадмия

CdTe используется для производства тонкопленочных солнечных элементов , на долю которых приходится около 8% всех солнечных элементов, установленных в 2011 году. [4] Они являются одними из самых дешевых типов солнечных элементов [5], хотя сравнение общей установленной стоимости зависит от размер установки и многие другие факторы, которые быстро меняются из года в год. На рынке солнечных элементов CdTe доминирует First Solar . В 2011 году около 2 ГВт р были получены из солнечных батарей CdTe; [4] Для получения более подробной информации и обсуждения см. Фотоэлектрические элементы с теллуридом кадмия .

CdTe может быть сплавлен с ртутью, чтобы сделать материал универсального инфракрасного детектора ( HgCdTe ). CdTe, легированный небольшим количеством цинка, является отличным твердотельным детектором рентгеновского и гамма-излучения ( CdZnTe ).

CdTe используется в качестве материала для оптики инфракрасного излучения для оптических окон и линз и доказал свою эффективность в широком диапазоне температур. [6] Ранняя форма CdTe для ИК-использования 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 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. [7] Свойства, которые делают CdTe превосходным для реализации высокоэффективных детекторов гамма- и рентгеновского излучения, - это высокий атомный номер, большая ширина запрещенной зоны и высокая подвижность электронов ~ 1100 см 2 / В · с, что приводит к высокой собственной μτ (подвижности -lifetime) и, следовательно, высокую степень сбора заряда и отличное спектральное разрешение. [8] Из-за плохих свойств переноса заряда дырок ~ 100 см 2/ V · s, геометрия детектора с обнаружением одной несущей используется для получения спектроскопии высокого разрешения; к ним относятся копланарные сетки, детекторы Фриша-воротника и маленькие пиксельные детекторы.

Физические свойства [ править ]

  • Коэффициент теплового расширения : 5,9 × 10 −6 / K при 293 K [9]
  • Модуль Юнга : 52 ГПа
  • Коэффициент Пуассона : 0,41

Оптические и электронные свойства [ править ]

Спектры флуоресценции коллоидных квантовых точек CdTe разного размера, увеличивающиеся примерно от 2 до 20 нм слева направо. Синий сдвиг флуоресценции обусловлен квантовым ограничением .

Объемный CdTe прозрачен в инфракрасном диапазоне от энергии, близкой к его ширине запрещенной зоны (1,5 эВ при 300 K, [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, что делает их квантовыми точками CdTe , пик флуоресценции смещается через видимый диапазон в ультрафиолет.

Химические свойства [ править ]

CdTe не растворяется в воде. [11] CdTe имеет высокую температуру плавления 1041 ° C с началом испарения при 1050 ° C. [12] CdTe имеет нулевое давление пара при температуре окружающей среды. CdTe более стабилен, чем его исходные соединения кадмий и теллур, а также 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.

Оценка токсикологии [ править ]

Соединение CdTe имеет другие качества, чем два элемента, кадмий и теллур, взятые по отдельности. Исследования токсичности показывают, что CdTe менее токсичен, чем элементарный кадмий. [14] CdTe имеет низкую острую токсичность при вдыхании, пероральном приеме и водной токсичности и отрицательный результат мутагенного теста Эймса. На основании уведомления об этих результатах в Европейское химическое агентство (ECHA), CdTe больше не классифицируется как вредный при проглатывании или вредный при контакте с кожей, а классификация токсичности для водных организмов была снижена. [15]После правильного и надежного захвата и инкапсуляции CdTe, используемый в производственных процессах, может стать безвредным. Текущие модули CdTe проходят испытание Агентства по охране окружающей среды США на определение характеристик выщелачивания (TCLP), предназначенное для оценки возможности длительного выщелачивания продуктов, выбрасываемых на свалки. [16]

Документ, опубликованный Национальным институтом здравоохранения США [17], датированный 2003 годом, гласит, что:

Брукхейвенская национальная лаборатория (BNL) и Министерство энергетики США (DOE) номинируют теллурид кадмия (CdTe) для включения в Национальную программу токсикологии (NTP). Эта номинация полностью поддерживается Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) и First Solar Inc. Этот материал может найти широкое применение в производстве фотоэлектрической энергии, что потребует обширного взаимодействия с человеком. Следовательно, мы считаем, что окончательное токсикологическое исследование эффектов длительного воздействия CdTe является необходимостью.

Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США обнаружили, что крупномасштабное использование фотоэлектрических модулей CdTe не представляет каких-либо рисков для здоровья и окружающей среды, а переработка [ требуется пояснение ] модулей по окончании срока их полезного использования полностью решает любые проблемы. проблемы окружающей среды. [ необходима цитата ] Во время своей работы эти модули не производят никаких загрязняющих веществ, [ необходима цитата ] и, кроме того, за счет вытеснения ископаемого топлива они предлагают большие экологические преимущества. [ необходима цитата ]Фотоэлектрические модули CdTe, которые используют кадмий в качестве сырья, кажутся более экологически безопасными, чем все другие текущие виды использования Cd. [18] CdTe PV обеспечивает устойчивое решение проблемы потенциального переизбытка кадмия в ближайшем будущем. [19] Кадмий образуется как побочный продукт рафинирования цинка и вырабатывается в значительных количествах независимо от его использования в фотоэлектрических системах из-за спроса на стальную продукцию. [20]

Согласно классификации компаний Европейского химического агентства (ECHA) при регистрации REACH, он по-прежнему вреден для водных организмов с долгосрочными последствиями.

Кроме того, классификация, предоставленная компаниями для уведомлений ECHA, классифицирует его как очень токсичный для водных организмов с долгосрочными последствиями, очень токсичный для водных организмов, вредный при вдыхании или проглатывании и вредный при контакте с кожей. [21]

Доступность [ править ]

В настоящее время цена кадмия и теллура в сырье составляет ничтожно малую долю стоимости солнечных элементов на основе CdTe и других устройств на основе CdTe. Однако теллур - относительно редкий элемент (1–5 частей на миллиард в земной коре; см. Содержание элементов (страница данных) ). Благодаря улучшении материальной эффективности и увеличения систем рециркуляции PV, то CdTe PV промышленность имеет потенциал , чтобы полностью полагаться на теллур из переработанных модулей с истекшим сроком эксплуатации на 2038. [22] См теллурида фотоэлектрических кадмиевогодля дополнительной информации. Другое исследование показывает, что рециркуляция CdTe PV добавит значительный вторичный ресурс Te, который в сочетании с улучшенным использованием материалов обеспечит совокупную мощность около 2 ТВт к 2050 году и 10 ТВт к концу века. [23]

См. Также [ править ]

  • Селенид кадмия
  • Фотовольтаика из теллурида кадмия
  • Теллурид цинка кадмия
  • Первая Солнечная
  • Теллурид ртути
  • Теллурид кадмия (II) ртути (II)
  • Теллурид цинка

Ссылки [ править ]

  1. ^ Питер Кэппер (1994). Свойства узкозонных соединений на основе кадмия . ИЭПП. С. 39–. ISBN 978-0-85296-880-2. Проверено 1 июня 2012 года .
  2. ^ «Номинация теллурида кадмия в Национальную программу токсикологии» (PDF) . Министерство здравоохранения и социальных служб США . Проверено 11 апреля 2003 года .
  3. ^ a b c Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0087» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ a b «Отчет по фотоэлектрической энергии» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) на 2012-11-05.
  5. ^ «Введение». Халькогенидная фотогальваника . 2011. С. 1–8. DOI : 10.1002 / 9783527633708.ch1 . ISBN 9783527633708.
  6. ^ "Теллурид кадмия" .
  7. ^ П. Каппер (1994). Свойства узкозонных соединений на основе кадмия . Лондон, Великобритания: INSPEC, IEE. ISBN 978-0-85296-880-2.
  8. ^ Veale, MC; Kalliopuska, J .; Pohjonen, H .; Andersson, H .; Nenonen, S .; Продавец, П .; Уилсон, доктор медицины (2012). «Определение характеристик пиксельных детекторов M-π-n CdTe, подключенных к считывающей микросхеме HEXITEC» . Журнал приборостроения . 7 (1): C01035. Bibcode : 2012JInst ... 7C1035V . DOI : 10.1088 / 1748-0221 / 7/01 / C01035 .
  9. ↑ Палмер, DW (март 2008 г.). "Свойства полупроводниковых соединений II-VI" . Полупроводники-Информация.
  10. ^ G. Fonthal et al. (2000). «Температурная зависимость ширины запрещенной зоны кристаллического CdTe». J. Phys. Chem. Твердые тела . 61 (4): 579–583. Bibcode : 2000JPCS ... 61..579F . DOI : 10.1016 / s0022-3697 (99) 00254-1 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  11. ^ Растворимость ниже 0,1 мг / л, что соответствует классификации как нерастворимые - ссылка, «Регистрация вещества ECHA» [1]. Архивировано 13 декабря 2013 г. на Archive.today.
  12. ^ "Теллурид кадмия" . Архивировано из оригинала на 2013-12-13 . Проверено 13 декабря 2013 .
  13. ^ С. Качмар (2011). «Оценка сквозного подхода к токсичности CdTe для фотоэлектрических систем CdTe» (PDF) . [ постоянная мертвая ссылка ]
  14. ^ С. Качмар (2011). «Оценка сквозного подхода к токсичности CdTe для фотоэлектрических систем CdTe» (PDF) . [ постоянная мертвая ссылка ]
  15. ^ "Научный комментарий Фраунгофера к оценке жизненного цикла [ sic ] CdTe Photovoltaics" . Центр Фраунгофера кремниевой фотоэлектрической энергии CSP. Архивировано из оригинала на 2013-12-13.
  16. ^ В. Фтенакис и К. Цвайбель (2003). «CdTe PV: реальные и предполагаемые риски EHS» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  17. ^ «Номинация теллурида кадмия в Национальную программу токсикологии» (PDF) . Министерство здравоохранения и социальных служб США. 2003-04-11. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  18. ^ Fthenakis, В. М. (2004). «Анализ воздействия кадмия на жизненный цикл фотоэлектрического производства на основе CdTe» . Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 8 (4): 303–334. DOI : 10.1016 / j.rser.2003.12.001 .<! - https://zenodo.org/record/1259335-- >
  19. ^ Д-р Ю. Мацуно и д-р Хироки Хондо (2012). «Научный обзор аспектов безопасности окружающей среды и здоровья (EHS) фотоэлектрических (PV) систем на основе CdTe на протяжении всего их жизненного цикла» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 13 декабря 2013 года. CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  20. ^ В. Фтенакис и К. Цвайбель (2003). «CdTe PV: реальные и предполагаемые риски EHS» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  21. ^ "Теллурид кадмия - Краткий профиль - ECHA" . Европейское химическое агентство. 2020.
  22. ^ М. Марведе и А. Реллер (2012). «Будущие потоки рециркуляции теллура из фотоэлектрических отходов теллурида кадмия» (PDF) . Ресурсы, сохранение и переработка . 69 : 35–49. DOI : 10.1016 / j.resconrec.2012.09.003 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  23. ^ Fthenakis, В. М. (2012). «Показатели устойчивости для расширения тонкопленочных фотоэлектрических систем до уровня тераватт» . Бюллетень МИССИС . 37 (4): 425–430. DOI : 10.1557 / mrs.2012.50 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Страница CdTe на сайте Института физики твердого тела РАН (html)
  • Оптические свойства Университет Рединга, Инфракрасная многослойная лаборатория
  • CdTe: монокристаллы, выращенные методами HPVB и HPVZM; окна, подложки, электрооптические модуляторы. Инфракрасный спектр пропускания. Паспорт безопасности материалов.
  • Национальный кадастр загрязнителей - кадмий и соединения
  • Паспорт безопасности материалов на сайте ISP optics.com (doc)
  • MDSD на espimetals.com (pdf)
  • Паспорт безопасности материала на сайте isp optics (документ MS Word)