El telururo de cadmio (CdTe) es un compuesto cristalino estable formado a partir de cadmio y teluro . Se utiliza principalmente como material semiconductor en sistemas fotovoltaicos de telururo de cadmio y en una ventana óptica infrarroja . Por lo general, se intercala con sulfuro de cadmio para formar una célula solar fotovoltaica de unión p-n .
El CdTe se utiliza para fabricar células solares de película delgada , 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 de tamaño de la instalación y muchos otros factores, y ha cambiado rápidamente de año en año. 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 debates, consulte Energía 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 en estado sólido ( CdZnTe ).
El CdTe se utiliza como material óptico infrarrojo para lentes y ventanas ópticas y se ha demostrado que proporciona un buen rendimiento en una amplia gama de temperaturas. [6] Una forma temprana de CdTe para uso IR se comercializó con el nombre comercial de Irtran-6 , pero está obsoleto.
El 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 de rayos X, rayos gamma, partículas beta y partículas alfa . El CdTe puede funcionar 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 de rayos X de alto rendimiento son un alto número atómico, una gran banda prohibida y una alta movilidad de electrones ~1100 cm 2 /V·s, lo que resulta en una alta μτ intrínseca (movilidad -vida útil) producto y por lo tanto alto grado de recolección de carga y excelente resolución espectral. [8] Debido a las pobres propiedades de transporte de carga de los agujeros, ~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 de Frisch y detectores de píxeles pequeños .
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, 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 y la evaporación comienza a 1050 °C. [12] El CdTe tiene una presión de vapor de cero a temperatura ambiente. El CdTe es más estable que sus compuestos originales cadmio y teluro y 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 cristales. Se puede convertir 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. 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., diseñado para evaluar el potencial de lixiviación a largo plazo de productos eliminados en vertederos. [15]
Un documento alojado en los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. [16] 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 cuenta con el firme apoyo del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y First Solar Inc. El material tiene potencial para aplicaciones generalizadas en la generación de energía fotovoltaica que involucrarán amplias interfaces humanas. Por tanto, consideramos que es necesario un estudio toxicológico definitivo de 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 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 duraderos, muy tóxico para la vida acuática, nocivo si se inhala o ingiere y es nocivo en contacto con la piel. [17]
Actualmente, los precios de las materias primas cadmio y teluro representan una proporción insignificante del coste de las células solares de CdTe y otros dispositivos de CdTe. Sin embargo, el telurio es un elemento relativamente raro (1 a 5 partes por mil millones en la corteza terrestre; consulte Abundancias de los elementos (página de datos) ). A través de una mayor eficiencia de los materiales y mayores sistemas de reciclaje fotovoltaico, la industria fotovoltaica de CdTe tiene el potencial de depender completamente del telurio procedente de módulos reciclados al final de su vida útil para 2038. [18] Consulte Energía fotovoltaica de telururo de cadmio para obtener más información. Otro estudio muestra que el reciclaje fotovoltaico de CdTe agregará un importante recurso secundario 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. [19]