telururo de cadmio

El telururo de cadmio (CdTe) es un compuesto cristalino estable formado por cadmio y telurio . Se utiliza principalmente como material semiconductor en células fotovoltaicas de telururo de cadmio y como ventana óptica infrarroja . Generalmente se combina con sulfuro de cadmio para formar una célula fotovoltaica solar de unión p-n .

El CdTe se utiliza para fabricar células solares de película delgada , que representan 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 de instalación depende del tamaño de la instalación y muchos otros factores, y ha cambiado rápidamente de un año a otro. El mercado de células solares de CdTe está dominado por First Solar . En 2011, se produjeron alrededor de 2 GWp de células solares de CdTe; ^{[ 4 ]} Para más detalles y discusión, consulte _la fotovoltaica de telururo de cadmio .

El CdTe se puede alear con mercurio para crear un material versátil para detectores de infrarrojos ( HgCdTe ). El CdTe aleado con una pequeña cantidad de zinc constituye un excelente detector de rayos X y rayos gamma de estado sólido ( CdZnTe ).

El CdTe se utiliza como material óptico infrarrojo para ventanas y lentes ópticas y ha demostrado ofrecer un buen rendimiento en un amplio rango de temperaturas. ^{[ 6 ]} Una forma temprana de CdTe para uso infrarrojo se comercializó bajo la marca registrada Irtran-6 , pero esta está obsoleta.

El CdTe también se utiliza para 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 . El CdTe puede operar a temperatura ambiente, lo que permite la construcción de detectores compactos para una amplia variedad de aplicaciones en espectroscopia nuclear. ^{[ 7 ]} Las propiedades que hacen que el CdTe sea superior para la realización de detectores de rayos gamma y rayos X de alto rendimiento son el alto número atómico, la gran banda prohibida y la alta movilidad electrónica ~1100  cm ² /V·s, lo que resulta en un alto producto intrínseco μτ (movilidad-tiempo de 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 huecos, ~100  cm ² /V·s, se utilizan geometrías de detectores de detección de portador único para producir espectroscopia de alta resolución; estos incluyen rejillas coplanares, detectores de collar Frisch y pequeños detectores de píxeles.

• Coeficiente de expansión térmica : 5,9 × 10⁻⁶ ^/ K a 293 K ^{[ 9 ]}
• Módulo de Young : 52 GPa
• Coeficiente 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 mayores de 20  μm; en consecuencia, el CdTe es fluorescente a 790  nm. A medida que el tamaño de los cristales de CdTe se reduce a unos pocos nanómetros o menos, convirtiéndolos así en puntos cuánticos de CdTe , el pico de fluorescencia se desplaza a través del rango visible hacia el ultravioleta.

El CdTe es insoluble en agua. ^{[ 11 ]} El CdTe tiene un alto punto de fusión de 1041 °C (1906 °F) y comienza a evaporarse a 1050 °C (1920 °F) . ^{[ 12 ]} El CdTe tiene una presión de vapor de cero a temperatura ambiente. El CdTe es más estable que sus compuestos precursores, el cadmio y el telurio, y que la mayoría de los demás compuestos de Cd, debido a su alto punto de fusión e insolubilidad. ^{[ 13 ]}    

El telururo de cadmio está disponible comercialmente en forma de polvo o de cristales. Se puede transformar en nanocristales.

El compuesto CdTe tiene cualidades diferentes a las de los dos elementos, cadmio y telurio, tomados por separado. 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 por ingestión ni por contacto con la piel, y se ha reducido su clasificación de toxicidad para la vida acuática. ^{[ 14 ]} Una vez capturado y encapsulado de forma adecuada y segura, el CdTe utilizado en procesos de fabricación puede volverse inocuo. Los módulos de CdTe actuales superan la prueba del Procedimiento de Lixiviación de Características de Toxicidad (TCLP) de la EPA de EE. UU., diseñada para evaluar el potencial de lixiviación a largo plazo de productos desechados en vertederos. ^{[ 15 ]}

Un documento alojado por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. ^{[ 2 ]} con fecha de 2003 revela lo siguiente:

El Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) y el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) proponen la inclusión del telururo de cadmio (CdTe) en el Programa Nacional de Toxicología (NTP). Esta propuesta cuenta con el firme respaldo del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) y First Solar Inc. Este material tiene un gran potencial para aplicaciones generalizadas en la generación de energía fotovoltaica, lo que implicará una amplia interacción con el ser humano. Por lo tanto, consideramos imprescindible un estudio toxicológico definitivo sobre los efectos de la exposición prolongada al CdTe.

Según la clasificación proporcionada por las empresas a la Agencia Europea de Sustancias Químicas (ECHA) en los registros REACH, sigue siendo perjudicial para la vida acuática y tiene 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 duraderos, muy tóxico para la vida acuática, nocivo si se inhala o se ingiere y nocivo en contacto con la piel. ^{[ 16 ]}

Actualmente, los precios de las materias primas cadmio y telurio representan una proporción insignificante del costo de las células solares de CdTe y otros dispositivos de CdTe. Sin embargo, el telurio es un elemento relativamente escaso (1–5 partes por mil millones en la corteza terrestre; véase Abundancia de los elementos (página de datos) ). Mediante una mayor eficiencia de los materiales y un aumento de los sistemas de reciclaje fotovoltaico, la industria fotovoltaica de CdTe tiene el potencial de depender completamente del telurio procedente del reciclaje de módulos al final de su vida útil para 2038. ^{[ 17 ]} Otro estudio muestra que el reciclaje fotovoltaico de CdTe añadirá un importante recurso secundario de Te que, junto con una mejor utilización de los materiales, permitirá una capacidad acumulada de aproximadamente 2 TW para 2050 y 10 TW para finales de siglo. ^{[ 18 ]}

• Página sobre CdTe en el sitio web del Instituto de Física del Estado Sólido de la Academia Rusa de Ciencias (html)
• Propiedades ópticas. Universidad de Reading, Laboratorio de multicapas infrarrojas.
• CdTe: monocristales, cultivados mediante las técnicas HPVB y HPVZM; ventanas, sustratos, moduladores electroópticos. Espectro de transmitancia infrarroja. Ficha de datos de seguridad.
• Inventario Nacional de Contaminantes – Cadmio y compuestos
• Hoja de datos de seguridad (MSDS) en ISP optics.com (documento)
• MDSD en espimetals.com (pdf)
• Hoja de datos de seguridad del material en el sitio web de ISP Optics (documento de MS Word)