碲化镉太阳能电池

碲化镉

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碲化镉（CdTe）是一种结晶化合物，由镉和碲形成。它被用来作为红外光学窗口和太阳能电池材料。它通常是夹着硫化镉形成一个P-N结的光伏太阳能电池。通常情况下，CdTe电池使用N-I-P结构。

内容

1应用

2物理性质

2.1热性能

2.2光学和电子特性

3化学性质

4毒性

5可利用性

6参见

7参考

8外部链接

1应用

另见：碲化镉光伏特性

在制造薄膜太阳能电池中碲化镉是一个非常有用的材料。碲化镉薄膜电池是一个符合成本效益的太阳能电池设计，并且理论最高效率比硅电池的高。由于碲化镉太阳能电池的吸收谱峰值接近太阳发射光谱峰值，所以其理论最高效率比较高。此外，CdTe电池在高温条件下的使用效果比硅电池更好。

碲化镉可以与汞形成合金，此合金是一种多功能红外探测器材料（碲镉汞）。碲化镉掺杂少量锌的合金，可以制成一个很好的固态X射线和伽玛射线探测器（碲锌镉）。

碲化镉被用来作为红外，如光学窗口和镜头，但由于它具有毒性，所以限制了它的应用。红外光学材料早期使用的型号是销售商标名称为CdTe Irtran – 6的产品，但是现在它已经过时了。

碲化镉也用于制作电光调制器。在II - VI族化合物晶体的线性电光效应中具有较大的电光系数（R41 = R52 = R63 = 6.8 × 10-12 m / V）。

掺氯的碲化镉被用来制作X射线，γ射线，β粒子和α粒子辐射的探测器。碲化镉可以在室温下工作，因此可以制作成紧凑型核光谱学探测器。【1】用碲化镉制成的伽马射线和X射线探测器具有较高的性能，如高的原子数，大的能隙和高电子迁移率〜1100 cm2/ V · s，使其具有较高的μτ（移动寿命），因此其具有高的电荷收集系数和良好的光谱分辨率。

2. 物理性能

晶格常数：0.648nm（在300K时）

杨氏模量：52 GPa

泊松比：0.41

热性能

热导率：6.2 W · m/m2 · K （293 K）

比热容：210 J/kg·K （293 K）

热膨胀系数：5.9×10−6/K （293 K）[2] 光学和电子特性

从左到右分别为2~20nm尺寸的CdTe胶体量子点的荧光光谱，

荧光红移是由于量子尺寸的限制。

大部分CdTe对红外线是透明的（其带隙能量1.44 eV at 300 K[3]，对应的红外线波长约860纳米）。碲化镉晶体的大小减少到几个纳米及以下，从而使碲化镉量子点的荧光峰转移到紫外线和可见光范围内。

3. 化学性质

碲化镉在水中的溶解度非常低。它是由许多氨基酸，包括盐酸，氢溴酸，形成（毒）氢碲化气体和有毒的镉盐。它是一种还原剂，在空气中高温下不稳定。碲化镉在市场上销售为粉体或晶体。它可制成纳米晶体。

4. 毒性

如果误食或吸入其粉尘，或由于处理不当（即没有合适的手套和其他安全措施），就会碲化镉中毒（碲化镉是有毒）。只要正确和安全地拿取和封装，碲化镉在生产过程中的使用，是无害的。碲化镉的毒性要小于元素镉的毒性。

毒性不完全是由于镉的含量引起的。一项研究发现，碲化镉量子点的高活性表面引发广泛的活性氧损伤细胞膜，线粒体，细胞核[5]。此外，碲化镉薄膜通常在有毒的氯化镉溶液中重结晶。

大规模商业化的碲化镉太阳能电池板的长期处置和安全是一个已知的问题，人们已进行了深入的研究并努力解决这些问题。由美国国立卫生研究院[6]日期为

2003所设的文件披露：

（布鲁克海文国家实验室（BNL）和美国能源部（DOE）提名碲化镉列入国家毒理学计划（NTP）。这一提名得到了国家可再生能源实验室（NREL）和第一太阳能公司的大力支持。碲化镉材料在光伏发电应用领域具有潜在的应用前景。因此，我们认为，长期裸露碲化镉的毒理学研究是必要的。）

美国能源部的布鲁克海文国家实验室的研究人员发现，CdTe光伏模块的大规模使用不存在任何健康和环境的风险，并在其使用寿命结束时回收模块，这样就完全解决了所有的环境问题。在它们的操作过程中，这些模块不产生任何污染物，此外，它也取代化石燃料，它们提供了巨大的环境效益。CdTe光伏模块比目前其它所有使用的镉更加环保[7]。

欧盟和中国对碲化镉在的安全方面的影响考虑的更为谨慎：在欧盟镉及其化合物被认为是有毒致癌物质，而中国法规不允许出口镉产品[8] [9]。

5．可利用性

目前，原料镉和碲的价格在太阳能电池和其他碲化镉器件的成本所占比例可以忽略不计。然而，碲是一种极为罕见的元素（在地球地壳元素中占十亿分之1~5），如果CdTe的数量足够大（例如，其数量足够使太阳能电池在全球能源消费比例中占据比较显著的地位），但是，碲原料的供应可能是一个严重的问题。