تيلوريد الكادميوم

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

تيلوريد الكادميوم (CdTe) مركب بلوري مستقر يتكون من الكادميوم والتيلوريوم . يُستخدم بشكل أساسي كمادة شبه موصلة في الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من تيلوريد الكادميوم، وكنافذة بصرية للأشعة تحت الحمراء . عادةً ما يُوضع بين طبقتين من كبريتيد الكادميوم لتشكيل خلية شمسية كهروضوئية ذات وصلة p-n .

التطبيقات

يُستخدم تيلوريد الكادميوم (CdTe) في صناعة الخلايا الشمسية الرقيقة ، حيث شكّل حوالي 8% من إجمالي الخلايا الشمسية المُركّبة في عام 2011. [ 4 ] وتُعدّ هذه الخلايا من بين أقل أنواع الخلايا الشمسية تكلفةً، [ 5 ] على الرغم من أن مقارنة التكلفة الإجمالية للتركيب تعتمد على حجم التركيب والعديد من العوامل الأخرى، وقد تغيّرت بسرعة من عام إلى آخر. تهيمن شركة First Solar على سوق خلايا CdTe الشمسية . في عام 2011، تم إنتاج حوالي 2 جيجاواط من خلايا CdTe الشمسية ؛ [ 4 ] لمزيد من التفاصيل والمناقشة، يُرجى الاطلاع على قسم الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من تيلوريد الكادميوم .

يمكن مزج الكادميوم تيلورايد (CdTe) مع الزئبق لصنع مادة كاشفة متعددة الاستخدامات للأشعة تحت الحمراء ( HgCdTe ). كما أن مزج الكادميوم تيلورايد مع كمية صغيرة من الزنك يُنتج كاشفًا ممتازًا للأشعة السينية وأشعة غاما في الحالة الصلبة ( CdZnTe ).

يُستخدم كبريتيد الكادميوم والتيلوريوم (CdTe) كمادة بصرية للأشعة تحت الحمراء في النوافذ والعدسات البصرية ، وقد أثبت فعاليته العالية في نطاق واسع من درجات الحرارة. [ 6 ] وقد سُوِّق شكل مبكر من كبريتيد الكادميوم والتيلوريوم للاستخدام في الأشعة تحت الحمراء تحت الاسم التجاري Irtran-6 ، إلا أن هذا الاسم أصبح قديماً.

يُستخدم CdTe أيضًا في المعدلات الكهروضوئية . وهو يتمتع بأكبر معامل كهروضوئي للتأثير الكهروضوئي الخطي بين بلورات المركبات II-VI (r 41 =r 52 =r 63 =6.8×10 −12 m/V).

يُستخدم كبريتيد الكادميوم المُطعّم بالكلور ككاشف إشعاعي للأشعة السينية، وأشعة غاما، وجسيمات بيتا ، وجسيمات ألفا . ويمكن تشغيل كبريتيد الكادميوم في درجة حرارة الغرفة، مما يسمح بتصميم كواشف صغيرة الحجم لتطبيقات متنوعة في التحليل الطيفي النووي. [ 7 ] وتشمل الخصائص التي تجعل كبريتيد الكادميوم متفوقًا في تصنيع كواشف أشعة غاما والأشعة السينية عالية الأداء: العدد الذري العالي، وفجوة الطاقة الكبيرة، وحركية الإلكترونات العالية التي تبلغ حوالي 1100  سم² / فولت ·ثانية، مما ينتج عنه حاصل ضرب عالٍ في μτ (الحركية - العمر)، وبالتالي درجة عالية من تجميع الشحنة ودقة طيفية ممتازة. [ 8 ] ونظرًا لضعف خصائص نقل الشحنة للثقوب، التي تبلغ حوالي 100 سم²  / فولت·ثانية، تُستخدم هندسات كاشفات أحادية الناقل للحصول على طيف عالي الدقة؛ وتشمل هذه الشبكات المستوية، وكواشف طوق فريش ، وكواشف البكسل الصغيرة .

الخصائص الفيزيائية

الخصائص البصرية والإلكترونية

أطياف التألق لنقاط الكم الغروية من كبريتيد الكادميوم والتيلوريوم بأحجام مختلفة، تتزايد تقريبًا من 2 إلى 20 نانومتر من اليسار إلى اليمين. ويعود الانزياح الأزرق للتألق إلى الحصر الكمي .

يتميز كبريتيد الكادميوم (CdTe) بشفافيته في نطاق الأشعة تحت الحمراء ، بدءًا من طاقة فجوة النطاق القريبة (1.5 إلكترون فولت عند 300 كلفن، [ 10 ] والتي تقابل طول موجة الأشعة تحت الحمراء حوالي 830  نانومتر) وصولًا إلى أطوال موجية أكبر من 20  ميكرومترًا؛ وبالمثل، يُظهر كبريتيد الكادميوم تألقًا عند 790  نانومترًا. وعندما يتقلص حجم بلورات كبريتيد الكادميوم إلى بضعة نانومترات أو أقل، مما يجعلها نقاطًا كمومية من كبريتيد الكادميوم ، ينتقل ذروة التألق عبر نطاق الضوء المرئي إلى نطاق الأشعة فوق البنفسجية.

الخواص الكيميائية

مركب الكادميوم تيلورايد (CdTe) غير قابل للذوبان في الماء. [ 11 ] يتميز CdTe بنقطة انصهار عالية تبلغ 1041 درجة مئوية (1906 درجة فهرنهايت) ، ويبدأ تبخره عند 1050 درجة مئوية (1920 درجة فهرنهايت) . [ 12 ] ضغط بخار CdTe يساوي صفرًا عند درجات الحرارة المحيطة. يُعد CdTe أكثر استقرارًا من مركباته الأصلية، الكادميوم والتيلوريوم، ومعظم مركبات الكادميوم الأخرى، وذلك بسبب نقطة انصهاره العالية وعدم ذوبانه. [ 13 ]    

يتوفر تيلوريد الكادميوم تجارياً على شكل مسحوق أو بلورات. ويمكن تصنيعه على شكل بلورات نانوية.

التقييم السمّي

يتميز مركب الكادميوم والتيلوريوم (CdTe) بخصائص مختلفة عن عنصري الكادميوم والتيلوريوم عند تناولهما بشكل منفصل. يتميز CdTe بانخفاض سميته الحادة عند الاستنشاق أو الابتلاع أو في البيئة المائية، كما أنه لا يُظهر أي علامات طفرية في اختبار أميس . وبناءً على إخطار الوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية (ECHA) بهذه النتائج ، لم يعد CdTe مصنفًا كمادة ضارة عند الابتلاع أو ملامسة الجلد، كما تم تخفيض تصنيفه كمادة سامة للحياة المائية. [ 14 ] بمجرد التقاط CdTe وتغليفه بشكل صحيح وآمن، يمكن جعله غير ضار عند استخدامه في عمليات التصنيع. تجتاز وحدات CdTe الحالية اختبار إجراء ترشيح خصائص السمية (TCLP) التابع لوكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA)، والمصمم لتقييم احتمالية تسرب المنتجات على المدى الطويل عند التخلص منها في مكبات النفايات. [ 15 ]

تكشف وثيقة منشورة من قبل المعاهد الوطنية للصحة الأمريكية [ 2 ] بتاريخ 2003 ما يلي:

يرشح مختبر بروكهافن الوطني (BNL) ووزارة الطاقة الأمريكية (DOE) مادة تيلوريد الكادميوم (CdTe) لإدراجها في البرنامج الوطني لعلم السموم (NTP). ويحظى هذا الترشيح بدعم قوي من المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) وشركة فيرست سولار. تتمتع هذه المادة بإمكانية استخدامها على نطاق واسع في توليد الطاقة الكهروضوئية، الأمر الذي يتطلب تفاعلاً بشرياً مكثفاً. لذا، نرى أن إجراء دراسة سمية شاملة لآثار التعرض طويل الأمد لمادة تيلوريد الكادميوم ضرورة ملحة.

وفقًا للتصنيف الذي قدمته الشركات إلى الوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية (ECHA) في تسجيلات REACH، فإنه لا يزال ضارًا بالحياة المائية وله آثار طويلة الأمد.

بالإضافة إلى ذلك، يصنف التصنيف الذي تقدمه الشركات إلى إخطارات وكالة المواد الكيميائية الأوروبية (ECHA) هذا المنتج على أنه شديد السمية للحياة المائية مع آثار طويلة الأمد، وشديد السمية للحياة المائية، وضار عند استنشاقه أو ابتلاعه، وضار عند ملامسته للجلد. [ 16 ]

التوافر

في الوقت الراهن، تُشكّل أسعار المواد الخام، الكادميوم والتيلوريوم ، نسبة ضئيلة من تكلفة الخلايا الشمسية المصنوعة من كادميوم تيلورايد (CdTe) وغيرها من الأجهزة المصنوعة من نفس المادة. مع ذلك، يُعدّ التيلوريوم عنصرًا نادرًا نسبيًا (يتراوح تركيزه بين 1 و5 أجزاء في المليار في قشرة الأرض؛ انظر وفرة العناصر (صفحة البيانات) ). من خلال تحسين كفاءة استخدام المواد وزيادة أنظمة إعادة تدوير الخلايا الكهروضوئية، يمتلك قطاع الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من كادميوم تيلورايد (CdTe) القدرة على الاعتماد كليًا على التيلوريوم المُستخلص من الوحدات المُعاد تدويرها بعد انتهاء عمرها الافتراضي بحلول عام 2038. [ 17 ] تُشير دراسة أخرى إلى أن إعادة تدوير الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من كادميوم تيلورايد (CdTe) ستُضيف موردًا ثانويًا هامًا من التيلوريوم، والذي سيُمكّن، بالاقتران مع تحسين استخدام المواد، من الوصول إلى قدرة تراكمية تبلغ حوالي 2 تيراواط بحلول عام 2050 و10 تيراواط بحلول نهاية القرن. [ 18 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بيتر كابر (1994). خصائص مركبات الكادميوم ذات الفجوة الطاقية الضيقة . معهد الهندسة والتكنولوجيا. ص  39 وما يليها. ISBN 978-0-85296-880-2تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 يونيو 2012 .
  2. ١ ٢ ترشيح تيلوريد الكادميوم للبرنامج الوطني لعلم السموم (ملف PDF) (تقرير). وزارة الصحة والخدمات الإنسانية الأمريكية. ١١ أبريل ٢٠٠٣. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في ٨ سبتمبر ٢٠١٥.
  3. 1 2 3 دليل الجيب الخاص بالمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) حول المخاطر الكيميائية. "#0087" . المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH).
  4. 1 2 "تقرير الخلايا الكهروضوئية" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 2012-11-05.
  5. ↑ "مقدمة". الخلايا الكهروضوئية الكالكوجينية . 2011. ص 1-8 . doi : 10.1002/9783527633708.ch1 . ISBN  978-3-527-63370-8.
  6. ↑ "تيلوريد الكادميوم" .
  7. ↑ بي. كابر (1994). خصائص مركبات الكادميوم ذات الفجوة الضيقة . لندن، المملكة المتحدة: INSPEC، IEE. ISBN 978-0-85296-880-2.
  8. ↑ فيل، إم سي؛ كاليوبوسكا، جيه؛ بوهيونين، إتش؛ أندرسون، إتش؛ نينونين، إس؛ سيلر، بي؛ ويلسون، إم دي (2012). "توصيف كاشفات بكسل M-π-n CdTe المقترنة بشريحة قراءة HEXITEC" . مجلة الأجهزة . 7 (1) C01035. Bibcode : 2012JInst...7C1035V . doi : 10.1088/1748-0221/7/01/C01035 .
  9. ↑ بالمر، د.و. (مارس 2008). "خصائص أشباه الموصلات المركبة من النوع II-VI" . معلومات عن أشباه الموصلات.
  10. ↑ فونثال، ج.؛ وآخرون (2000). "تأثير درجة الحرارة على طاقة فجوة النطاق لبلورات كبريتيد الكادميوم". مجلة فيزياء وكيمياء المواد الصلبة . 61 (4): 579-583 . Bibcode : 2000JPCS...61..579F . doi : 10.1016/s0022-3697(99)00254-1 . 
  11. ↑ الذوبانية أقل من 0.1 ملغم/لتر، وهو ما يعادل تصنيفها كمادة غير قابلة للذوبان - المرجع: "تسجيل المادة لدى الوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية"تم أرشفة الرابط المتوقف بتاريخ 13 ديسمبر 2013 على موقع archive.today
  12. ↑ "تيلوريد الكادميوم" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-12-2013 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  13. ↑ إس. كاتشمار (2011). "تقييم منهجية الاستقراء على سمية كبريتيد الكادميوم (CdTe) للخلايا الكهروضوئية المصنوعة من كبريتيد الكادميوم" (ملف PDF) . خادم FTP ( FTP ).(للاطلاع على المستندات، انظر صفحة المساعدة: FTP )
  14. ↑ «تعليق علمي من معهد فراونهوفر على تقييم دورة حياة الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من كبريتيد الكادميوم والتيلوريوم » . مركز فراونهوفر للخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون. مؤرشف من الأصل بتاريخ 13 ديسمبر 2013.
  15. ↑ ف. فثيناكيس؛ ك. زويبل (2003). "الخلايا الكهروضوئية من نوع كادميوم تيلورايد: المخاطر الحقيقية والمتصورة للصحة والسلامة والبيئة" (ملف PDF) . المختبر الوطني للطاقة المتجددة.
  16. ↑ "تيلوريد الكادميوم - نبذة مختصرة - الوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية" . الوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية. 2020.
  17. ↑ م. مرويد؛ أ. ريلر (2012). "تدفقات إعادة تدوير التيلوريوم المستقبلية من نفايات الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من تيلوريد الكادميوم" (ملف PDF) . الموارد، الحفظ وإعادة التدوير . 69 : 35-49 . doi : 10.1016/j.resconrec.2012.09.003 .
  18. ↑ فثيناكيس، ف.م. (2012). "مقاييس الاستدامة لتوسيع نطاق الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة إلى مستويات تيراواط" . نشرة جمعية أبحاث المواد . 37 (4): 425-430 . doi : 10.1557/mrs.2012.50 .
  • صفحة CdTe على موقع معهد فيزياء الحالة الصلبة التابع للأكاديمية الروسية للعلوم (html)
  • الخصائص البصرية، جامعة ريدينغ، مختبر الأشعة تحت الحمراء متعدد الطبقات
  • كبريتيد الكادميوم (CdTe): بلورات أحادية، مُنمّاة بتقنيات HPVB وHPVZM؛ نوافذ، ركائز، مُعدِّلات كهروضوئية. طيف نفاذية الأشعة تحت الحمراء. صحيفة بيانات سلامة المواد (MSDS).
  • الجرد الوطني للملوثات – الكادميوم ومركباته
  • بيانات سلامة المواد (MSDS) متوفرة على موقع ISP optics.com (doc)
  • MDSD على موقع espimetals.com (ملف PDF)
  • صحيفة بيانات سلامة المواد على موقع isp optics الإلكتروني (ملف MS Word)