碲化鎘透紅外陶瓷

介紹

碲化鎘透紅外陶瓷cadmium telluride infrared transmit- tiny rerl:mcs蹄化幅為主晶相的多晶材料。密度}.85g"` cm':克氏硬度4Ukg}rnmz。不溶于水。折射率(、)很高，在 波長S}xm處達(dá)2.7}熱膨脹系數(shù)J.} X R一s}，透射波段 為2一3flpxm o在整個透射波段沒有吸收帶.反射損頭較大。 以蹄化福為原料，加人適量添加物配料，經(jīng)成型、熱壓燒結(jié)而 成。在8-- 3Uum波段內(nèi)的產(chǎn)品可用于制造紅外系統(tǒng)部件.、

化學(xué)式CdTe，分子量240.00，有一定肝腎毒性。熔點1041℃，溫度更高即分解，相對密度6.2015。不溶于水、酸，但能與硝酸作用而分解。潮濕時易被空氣氧化。制法：由碲、鎘單質(zhì)混合熔化，在氫氣流中升華，或鎘的亞碲酸鹽或碲酸鹽在氫氣流中加熱還原，也可由碲化鈉與被醋酸酸化的醋酸鎘溶液作用，當(dāng)從溶液中沉淀出時呈褐紅色，干燥后幾乎變成黑色，還可用碲化氫作用于鎘蒸氣，形成碲化鎘單晶而得。以高純碲和鎘為原料，脫氧后合成碲化鎘，再用垂直定向結(jié)晶法或垂直區(qū)熔法生長成單晶或多晶。

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除在太陽能的應(yīng)用外，碲化鎘也可與汞形成HgCdTe合金，可應(yīng)用在紅外線偵測器的感光材料，但也因碲化鎘的毒性問題，應(yīng)用范圍未能普及。

如同其他鎘化合物般，碲化鎘被認(rèn)為是有毒物質(zhì)，但只要不經(jīng)口服或呼吸方式進(jìn)入人體，碲化鎘對人體的危害有限。

美國能源部指出，碲化鎘太陽能模組只要經(jīng)過適當(dāng)回收程序處理，并不會對環(huán)境產(chǎn)生危害，其對環(huán)境的影響與鎘金屬完全不同。因此，CdTe太陽能模組在正常使用下，對環(huán)境的助益甚至大過于對環(huán)境的威脅。

過去以生產(chǎn)傳統(tǒng)硅太陽能面板為主的美商奇異(GE)，未來將使用和美國太陽能業(yè)者First Solar相同的原料，轉(zhuǎn)進(jìn)薄膜太陽能電池領(lǐng)域。

盡管碲化鎘技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率低于晶硅太陽能電池，然奇異表示，當(dāng)同時考量轉(zhuǎn)換效率、氧造成本及原物料成本等因素后，碲化鎘技術(shù)擁有比其他薄膜太陽能技術(shù)更佳的成本結(jié)構(gòu)，此為奇異選擇發(fā)展碲化鎘技術(shù)的主因。

據(jù)悉，碲化鎘太陽能電池的制造成本低，目前已獲得的最高效率為16%，是應(yīng)用前景很好的太陽能電池。

碲化鎘薄膜太陽能電池的發(fā)展日益受到重視。碲資源、電池成本、電池生產(chǎn)和使用對環(huán)境的影響等問題是碲化鎘薄膜太陽能電池發(fā)展中受到很多人關(guān)注的問題。本文對此進(jìn)行了分析討論，最后分析了工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽能電池組件的關(guān)鍵技術(shù)。

碲化鎘薄膜太陽能電池的發(fā)展受到國內(nèi)外的關(guān)注，其小面積電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了16.5%，商業(yè)組件的轉(zhuǎn)換效率約9%，組件的最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到11%。國內(nèi)四川大學(xué)制備出轉(zhuǎn)換效率為13.38%的小面積單元太陽能電池，54cm2集成組件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7%，正在進(jìn)行0.1┫組件生產(chǎn)線的建設(shè)和大面積電池生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)。

成本估算

考慮電池的結(jié)構(gòu)為玻璃/SnO2：F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe：Cu/Ni，碲化鎘薄膜的厚度為5微米，轉(zhuǎn)換效率為7%，1MW碲化鎘薄膜太陽能電池所消耗的材料的成本如下表所示

可見，碲化鎘和透明導(dǎo)電玻璃構(gòu)成材料成本的主體，分別占到消耗材料總成本的45.4%和38.2%。

消耗材料的成本還可以進(jìn)一步降低，如將碲化鎘薄膜的厚度減薄1微米，則碲化鎘材料的消耗將降低20%，從而使材料總成本降低9.1%，即從每峰瓦6.21元降為5.64元。如使用99.999%純度的碲化鎘，效率依然能達(dá)到7%，材料成本還將進(jìn)一步降低。因此，材料成本達(dá)到或低于每峰瓦5元人民幣是可能的。

考慮工資、管理、電力和設(shè)備折舊等其他成本，碲化鎘薄膜太陽能電池的成本大約是每峰瓦13.64元人民幣或更低。因此，即使銷售價格為每峰瓦20~22元人民幣，約為晶體硅太陽能電池現(xiàn)在價格的60%，也能保證制造商有相當(dāng)?shù)睦麧櫩臻g。

由于碲化鎘薄膜太陽能電池成本低，其發(fā)展對于解決我國西部地區(qū)分散居住人口的電力供應(yīng)具有重要意義。

碲資源

碲是地球上的稀有元素，發(fā)展碲化鎘薄膜太陽能電池面臨的首要問題就是地球上碲的儲藏量是否能滿足碲化鎘太陽能電池組件的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。工業(yè)上，碲主要是從電解銅或冶煉鋅的廢料中回收得到。據(jù)相關(guān)報道，地球上有碲14.9萬噸，其中中國有2.2萬噸，美國有2.5萬噸。

在美國碲化鎘薄膜太陽能電池制造商First Solar年產(chǎn)量25MW的工廠中，300~340公斤碲化鎘即可以滿足1MW太陽能電池的生產(chǎn)需要?？紤]到碲的密度為6.25g/cm3，鎘的密度為8.64g/cm3，則130~140公斤碲即可以滿足1MW碲。2100433B

碲化鎘太陽能電池，較單晶硅太陽能電池有制作方便，成本低廉和重量較輕等優(yōu)點。碲化鎘薄膜太陽能電池簡稱CdTe電池，它是一種以p型CdTe和n型CdS的異質(zhì)結(jié)為基礎(chǔ)的薄膜太陽能電池。一般標(biāo)準(zhǔn)的碲化鎘薄膜太陽能電池由五層結(jié)構(gòu)組成:背電極、背接觸層、CdTe吸收層、CdTe窗口層、TCO層。

碲化鎘薄膜太陽能電池的生產(chǎn)成本大大低于晶體硅和其他材料的太陽能電池技術(shù)，其次它和太陽光譜很一致，可吸收95%以上的陽光。在廣泛深入的應(yīng)用研究基礎(chǔ)上，國際上許多國家的CdTe電池已由實驗室研究階段開始走向規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

此外，碲化鎘半導(dǎo)體可用于光譜分析、紅外電光調(diào)制器、紅外探測器、紅外透鏡和窗口、磷光體、常溫γ射線探測器、接近可見光區(qū)的發(fā)光器件等。