Теллурид кадмия: свойства и применение

Введение

Полупроводниковое химическое соединение, используемое в солнечных элементах.

|Section3=

| Section4 =

|Section7= Опасности Chembox
| ExternalSDS =
| GHSPictograms =
| GHSSignalWord = Warning
| HPhrases =
| PPhrases =
| REL = Ca
| PEL = [1910.1027] TWA 0.005 мг/м3 (в пересчете на Cd) Они являются одними из наиболее экономичных типов солнечных элементов, хотя сравнение общей стоимости установки зависит от размера установки и множества других факторов и быстро меняется год от года. Рынок солнечных элементов CdTe доминирует компания First Solar. В 2011 году было произведено около 2 ГВт⋅ч солнечных элементов CdTe; для получения более подробной информации и обсуждения см. фотоэлектрические элементы на основе теллурида кадмия. CdTe может быть легирован ртутью для получения универсального материала для инфракрасных детекторов (HgCdTe). CdTe, легированный небольшим количеством цинка, является отличным твердотельным детектором рентгеновского и гамма-излучения (CdZnTe). CdTe используется в качестве инфракрасного оптического материала для оптических окон и линз и доказал свою эффективность в широком диапазоне температур. Ранняя форма CdTe для использования в ИК-диапазоне продавалась под торговой маркой Irtran 6, но в настоящее время она устарела. CdTe также применяется для электрооптических модуляторов. Он обладает наибольшим электрооптическим коэффициентом линейного электрооптического эффекта среди кристаллов соединений II-VI группы (r41=r52=r63=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. Свойства, которые делают CdTe превосходным для создания высокопроизводительных гамма- и рентгеновских детекторов, включают высокое атомное число, широкую запрещенную зону и высокую подвижность электронов ~1100 см²/В⋅с, что приводит к высокому внутреннему произведению μτ (время жизни носителей заряда) и, следовательно, к высокой степени сбора заряда и отличному спектральному разрешению. Из-за плохих характеристик переноса заряда дырок (~100 см²/В⋅с) для получения спектроскопии высокого разрешения используются детекторы с односторонним переносом заряда; к ним относятся копланарные сетки, детекторы с воротником Фриша и детекторы с малыми пикселями.

|Section7=Chembox Hazards
| ExternalSDS =
| GHSPictograms =
| GHSSignalWord = Warning
| HPhrases =
| PPhrases =
| REL = Ca
| PEL = [1910.1027] TWA 0.005 mg/m3 (as Cd) They are among the lowest cost types of solar cell, although a comparison of total installed cost depends on installation size and many other factors, and has changed rapidly from year to year. The CdTe solar cell market is dominated by First Solar. In 2011, around 2 GWp of CdTe solar cells were produced; For more details and discussion see cadmium telluride photovoltaics. CdTe can be alloyed with mercury to make a versatile infrared detector material (HgCdTe). CdTe alloyed with a small amount of zinc makes an excellent solid state X ray and gamma ray detector (CdZnTe). CdTe is used as an infrared optical material for optical windows and lenses and is proven to provide a good performance across a wide range of temperatures. An early form of CdTe for IR use was marketed under the trademarked name of Irtran 6, but this is obsolete. CdTe is also applied for electro optic modulators. It has the greatest electro optic coefficient of the linear electro optic effect among II VI compound crystals (r41=r52=r63=6.8×10−12 m/V). CdTe doped with chlorine is used as a radiation detector for x rays, gamma rays, beta particles and alpha particles. CdTe can operate at room temperature allowing the construction of compact detectors for a wide variety of applications in nuclear spectroscopy. The properties that make CdTe superior for the realization of high performance gamma and x ray detectors are high atomic number, large bandgap and high electron mobility ~1100 cm2/V·s, which result in high intrinsic μτ (mobility lifetime) product and therefore high degree of charge collection and excellent spectral resolution. Due to the poor charge transport properties of holes, ~100 cm2/V·s, single carrier sensing detector geometries are used to produce high resolution spectroscopy; these include coplanar grids, Frisch collar detectors and small pixel detectors.

Оптические и электронные свойства

Объемный CdTe прозрачен в инфракрасном диапазоне, начиная от энергии, близкой к ширине запрещенной зоны (1,5 эВ при 300 К, что соответствует инфракрасной длине волны около 830 нм) и до длин волн более 20 мкм; соответственно, CdTe проявляет флуоресценцию при 790 нм. При уменьшении размера кристаллов CdTe до нескольких нанометров или меньше, то есть при переходе к квантовым точкам CdTe, пик флуоресценции смещается по всему видимому спектру в ультрафиолетовую область.

Химические свойства

CdTe нерастворим в воде. CdTe имеет высокую температуру плавления 1041 °C, при которой начинается испарение при 1050 °C. Давление паров CdTe при комнатной температуре равно нулю. CdTe более стабилен, чем его составляющие элементы – кадмий и теллур, а также большинство других соединений кадмия, благодаря высокой температуре плавления и нерастворимости. Теллурид кадмия коммерчески доступен в виде порошка или кристаллов и может быть получен в форме нанокристаллов.

Доступность

В настоящее время цены на сырье кадмий и теллур составляют незначительную долю стоимости солнечных элементов CdTe и других устройств на их основе. Однако теллур является относительно редким элементом (1–5 частей на миллиард в земной коре; см. Изобилие элементов (страница данных)). Благодаря повышению эффективности использования материалов и развитию систем переработки фотоэлектрических модулей, индустрия CdTe PV имеет потенциал полностью обеспечивать себя теллуром из переработанных модулей, выведенных из эксплуатации, к 2038 году. Подробнее см. в разделе "Фотоэлектрические элементы на основе теллурида кадмия". Другое исследование показывает, что переработка CdTe PV обеспечит значительный вторичный источник теллура, который, в сочетании с более эффективным использованием материалов, позволит достичь совокупной мощности около 2 ТВт к 2050 году и 10 ТВт к концу столетия.