El telururo de cadmio (CdTe) es un compuesto cristalino estable formado a partir de cadmio y telurio . Se utiliza principalmente como material semiconductor en sistemas fotovoltaicos de telururo de cadmio y en ventanas ópticas infrarrojas . Generalmente se intercala con sulfuro de cadmio para formar una célula fotovoltaica solar con unión p-n .
El CdTe se utiliza para fabricar células solares de película fina y 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 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 GW p de células solares de CdTe; [4] Para obtener más detalles y un análisis, consulte fotovoltaica de telururo de cadmio .
El CdTe se puede alear con mercurio para fabricar un material detector de infrarrojos versátil ( 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 se ha demostrado que proporciona un buen rendimiento en un amplio rango de temperaturas. [6] Una forma temprana de CdTe para uso IR se comercializó bajo el nombre de marca registrada de Irtran-6 , pero está obsoleta.
El CdTe también se utiliza en moduladores electroópticos . Tiene el mayor coeficiente electroóptico de 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 X y gamma de alto rendimiento son el alto número atómico, el gran ancho de banda y la alta movilidad de electrones ~1100 cm 2 /V·s, que dan como resultado un alto producto intrínseco μτ (vida útil de la movilidad) 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 detector de detección de portador único para producir espectroscopia de alta resolución; estas incluyen rejillas coplanares, detectores de collar Frisch y detectores de píxeles pequeños .
El CdTe en masa 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; correspondientemente, 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 punto de fusión alto de 1041 °C (1906 °F) y la evaporación comienza 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 originales, 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 se comercializa en forma de polvo o cristales y 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 una toxicidad aguda por inhalación, oral y acuática baja, y es negativo en la prueba de mutagenicidad de Ames. Según la notificación de estos resultados a la Agencia Europea de Sustancias Químicas (ECHA), el CdTe ya no está clasificado como nocivo si se ingiere ni como nocivo en contacto con la piel, y se ha reducido la clasificación de toxicidad para la vida acuática. [14] Una vez capturado y encapsulado de forma 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. [15]
Un documento alojado en los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos [16] fechado en 2003 revela que:
El Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) y el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) han propuesto la inclusión del telururo de cadmio (CdTe) en el Programa Nacional de Toxicología (NTP). Esta propuesta cuenta con el firme apoyo del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) y First Solar Inc. El material tiene potencial para amplias aplicaciones en la generación de energía fotovoltaica que implicarán numerosas interacciones humanas. Por lo tanto, consideramos que es necesario realizar un estudio toxicológico definitivo de los efectos de la exposición a largo plazo al CdTe.
Según la clasificación proporcionada por las empresas a la Agencia Europea de Sustancias y Mezclas Químicas (ECHA) en los registros REACH, sigue siendo nocivo 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 es nocivo en contacto con la piel. [17]
En la actualidad, 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 raro (1–5 partes por mil millones en la corteza terrestre; véase Abundancias de los elementos (página de datos) ). Mediante una mayor eficiencia de los materiales 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. [18] Véase la fotovoltaica de telururo de cadmio para obtener más información. Otro estudio muestra que el reciclaje de CdTe en la energía fotovoltaica 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 fines de siglo. [19]