金屬碲——支撐高精技術(shù)發(fā)展的尖端材料!從碲的性能,提取,應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行詳細(xì)講解
發(fā)布時(shí)間:2021-07-23點(diǎn)擊:5679
碲是一種準(zhǔn)金屬元素,元素符號(hào)Te, 在元素周期表中屬ⅥA族,原子序數(shù)52,原子質(zhì)量127.6。碲有兩種同素異形體,一種屬六方晶系,原子排列呈螺旋形,具有銀白色金屬光澤;另一種為無定形,黑色粉末。碲的熔點(diǎn)為452℃,沸點(diǎn)1390℃,性脆,化學(xué)性質(zhì)與銻相似。碲溶于硫酸、硝酸、王水、***、氫氧化鉀;不溶于水、二硫化碳。碲在空氣中燃燒帶有藍(lán)色火焰,生成二氧化碲。人體吸入極低濃度的碲后,在呼氣、汗尿中會(huì)產(chǎn)生一種令人不偷快的大蒜臭氣。碲是七種稀散金屬之一,這些金屬一般都是伴生礦產(chǎn),獨(dú)立礦床罕見,碲也是如此。
1.碲的發(fā)現(xiàn)
1782年,奧地利首都維也納一家礦場(chǎng)監(jiān)督繆勒(Franz Joseph Muller) 是***個(gè)提取出碲的人,他在羅馬尼亞的一個(gè)礦坑中發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)厝朔Q為"奇異金"的一種礦石,他把它帶回實(shí)驗(yàn)室從中提取出了少量銀灰色物質(zhì),***初他認(rèn)為是銻,但后來發(fā)現(xiàn)兩者性質(zhì)不同,因而確定是一種新金屬元素,但是苦于沒有確切證據(jù),他只能尋求其他化學(xué)家的證實(shí),因此,他將少許樣品寄給瑞典化學(xué)家柏格曼,請(qǐng)他進(jìn)行鑒定。但是,由于樣品數(shù)量太少,伯格曼只能證明它不是銻而已??娎盏陌l(fā)現(xiàn)只得擱置下來。
直到16年后,德國礦物學(xué)家克拉普羅特(M.H.Klaproth)于1798年1月25日在柏林科學(xué)院宣讀一篇關(guān)于特蘭西瓦尼亞的金礦論文時(shí),才重新把這個(gè)被人遺忘已久的元素提出來??死樟_特是從金礦中提取出碲的,他將礦石溶解在王水中,用過量堿使溶液部分沉淀,除去金和鐵等,在沉淀中發(fā)現(xiàn)這一新元素,并將其命名為tellurium(碲),元素符號(hào)定為Te。這一詞來自拉丁文tellus(地球)。克拉普羅特一再申明,這一新元素是1782年繆勒發(fā)現(xiàn)的。
2.西班牙超級(jí)大碲礦的發(fā)現(xiàn)
2016年,對(duì)碲資源真實(shí)一個(gè)不平凡的年景,在西班牙加那利群島西南方的一座底山脈中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨大的超級(jí)富碲礦(見2017年4月17日《參考消息》第四版),是一支由英國科學(xué)家主導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)探測(cè)到的,發(fā)現(xiàn)了碲儲(chǔ)量豐富的多個(gè)跡象。據(jù)發(fā)現(xiàn)這一礦藏的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人布拉姆·默頓估算,碲儲(chǔ)量可能達(dá)到2670t,相當(dāng)于已探明的現(xiàn)有全世界總儲(chǔ)量的1/12,如果此匡算得到證實(shí),這座海底礦山將是全球***大的超級(jí)碲礦,因?yàn)樗且粋€(gè)富碲礦,對(duì)提取純碲極為有利。
這座海底山脈形成于約1.19億年前,它的***高峰距海平面約1100m。這支科學(xué)考察團(tuán)隊(duì)由英國國家海洋研究中心的科學(xué)家領(lǐng)軍,參與考察的有西班牙地質(zhì)與礦業(yè)研究院、英國地質(zhì)勘察研究所、英國南安普敦大學(xué)、巴西圣保羅大學(xué)的研究人員與教授。
研究與勘查團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人稱:該碲礦被海底山脈外殼約40mm的堅(jiān)硬的巖石層覆蓋著,他們利用水下機(jī)器人采集了巖石與礦石樣本,經(jīng)過分析與研究,這是全世界迄今為止發(fā)現(xiàn)的***富的碲礦,其碲品位遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陸地上任一礦藏的。
在此次考察之前,西班牙地質(zhì)與礦業(yè)研究院、西班牙海洋研究所等也主持過幾次對(duì)該海底山脈的地質(zhì)考察與勘察,并宣稱該處可能蘊(yùn)藏著有工業(yè)開采價(jià)值的礦物,而這次與英國科學(xué)家的聯(lián)合勘探取得的多方面成果無疑具有里程碑性的重大意義。
3.碲的性能
碲是一種稀散有色金屬,一種半金屬,有兩種同素異性變體:結(jié)晶形式和無定形形式。結(jié)晶碲具有銀白色的金屬外觀,與灰硒B同晶型;無定形碲呈黑色粉末。碲的電導(dǎo)率基極低,0℃時(shí)的電阻率1.6×105μΩ·Cm,當(dāng)有微量雜質(zhì)存在時(shí)電導(dǎo)率上升,光可使它的電導(dǎo)率略有上升。它的熔點(diǎn)449.8℃,沸點(diǎn)988℃,也有文獻(xiàn)稱為1390℃。20℃時(shí)結(jié)晶形碲密度6.25g/cm3,無定形碲的為6.015g/cm3,0°~100℃的平均比熱134J/(kg·k),熔化熱17.6kJ/mol,Te2的汽化熱107.6kJ/mol,0°~100℃的平均熱導(dǎo)率3.8W/(m·k)。它的莫氏硬度2.5,特魯頓(Trouton)常數(shù)只有13.2,碲不溶于所有不與它反應(yīng)的溶劑。
碲在溫室時(shí)的分子量至今尚未確定,在1400℃~1800℃,它的化學(xué)式是Te2,Te-Te距離為2.6A。碲在水中的紅色溶膠是用肼還原碲酸制得的。碲在空氣中燃燒冒出藍(lán)色火焰,形成二氧化碲。碲可與鹵素反應(yīng),但不與硫、硒反應(yīng)。和硒相反,碲在高溫下幾乎不與氫發(fā)生反應(yīng)。
碲可溶于硫酸、硝酸、氫氧化鉀和***溶液。碲在氧化條件下已失去外層電子形成Te(IV),如TeO2或Te(VI)價(jià)態(tài),如復(fù)碲鉛石Pb32H2(TeO3)(TeO6),在還原條件及酸性介質(zhì)條件下可被還原成單質(zhì)。
4.全世界及中國的碲資源
碲在地殼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1×10-6%,甚為稀少,比其伴生元素硒的更少一些,不過加上去年發(fā)現(xiàn)的西班牙加那利群島的海底富礦的2670t儲(chǔ)量,可使它的儲(chǔ)量上升到高的數(shù)值。碲是親硫元素,所以多以硫化物形態(tài)富集于地殼中,常見的有硫化銅礦和多金屬礦石,黃鐵礦與銻汞礦中碲含量***高,金礦的含碲量也較高,煤礦中的碲含量約0.015g/t,2016年碲儲(chǔ)量50kt。
從金碲化物礦石中也可以回收少量碲,未開發(fā)的、不夠工業(yè)品位的或尚未發(fā)現(xiàn)的銅及其他金屬資源中所含的碲是已查明工業(yè)銅礦中碲的幾倍;煤礦中的儲(chǔ)量約為銅礦中的4倍。不過遺憾的是,現(xiàn)有技術(shù)還不能有效地提取金礦及煤礦中的碲。
中國現(xiàn)已探明伴生碲儲(chǔ)量居世界第三位,僅次于美國及加拿大的,全國已發(fā)現(xiàn)伴生碲礦產(chǎn)地24處,查明資源儲(chǔ)量約12kt,散布于全國16個(gè)省、區(qū)、主要集中于廣東,占43%;江西,占42%;甘肅,占10%。中國的碲礦也主要伴生與銅、鉛、鋅等金屬礦產(chǎn)中,據(jù)主礦產(chǎn)儲(chǔ)量推算,中國還有未計(jì)入儲(chǔ)量的碲資源約10kt。
中國碲礦資源集中在熱液型多金屬礦床、硅卡巖型銅礦床和巖漿銅鎳硫化物型礦床中,分別占中國伴生碲儲(chǔ)量的44.77%、43.89%和11.34%。廣東曲江大寶山、江西九江城門山銅礦、甘肅金川白家嘴子礦為中國三大大型伴生碲礦,它們的儲(chǔ)量占全國總量的94%。
在這里要講兩個(gè)故事,一是1991年8月,全球***例獨(dú)立碲在中國四川省石棉縣大水溝發(fā)現(xiàn),從而徹底改變了分散元素碲“可以形成獨(dú)立礦物,但沒有可開采的獨(dú)立礦床”的傳統(tǒng)觀念,填補(bǔ)了礦床學(xué)理論上的一項(xiàng)空白,也改寫了對(duì)稀散元素成礦能力的認(rèn)識(shí),同時(shí)也將改變現(xiàn)有的只能從其他礦物中提取伴生碲的固有模式,改變碲資源的分布格局,中國也可能躍升為碲資源大國。
第二個(gè)值得一寫的是中國科學(xué)家于2014年發(fā)現(xiàn)新礦物碲鎢礦,它是中國地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院單晶X射線衍射晶體結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室李國武教授發(fā)現(xiàn)的,并于2014年10月得到國際礦物學(xué)會(huì)礦物分類及新礦物命名委員會(huì)的認(rèn)可與批準(zhǔn)。
這種新礦物發(fā)現(xiàn)于云南省華坪縣境內(nèi)一半風(fēng)化花崗巖中,是一種以半金屬碲和鎢、鉀構(gòu)成的全新成分和新結(jié)構(gòu)的新礦物,這是在世界上***發(fā)現(xiàn)該成分及結(jié)構(gòu)的礦物,是當(dāng)前***一種K-Te-W的天然礦物,此前從沒有發(fā)現(xiàn)過類似的天然礦物。該新礦物以其特殊的成分命名為“碲鎢礦”,它的晶體結(jié)構(gòu)具有鎢青銅型結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu),W-O八面體共頂角連接六方環(huán)狀孔道結(jié)構(gòu)。單晶衍射觀察到弱的衛(wèi)星衍點(diǎn),發(fā)現(xiàn)有二維的非共度調(diào)制結(jié)構(gòu)現(xiàn)象,可能是K和Te、W的占位或變價(jià)及空位變化導(dǎo)致了該礦物某種程度的調(diào)制結(jié)構(gòu)。
此次發(fā)現(xiàn)的碲與鎢、鉀形成鎢碲氧化物是目前***發(fā)現(xiàn)的這類天然氧化物,對(duì)于研究碲的晶體化學(xué)特性及碲礦新獨(dú)立礦床以及花崗巖型碲礦床新類型具有重大理論和實(shí)際意義,是近些年來礦物學(xué)中的重大新發(fā)現(xiàn)。
5.碲的工業(yè)化提取
碲是稀散元素,除在中歐、玻利維亞及中國發(fā)現(xiàn)少量的單質(zhì)碲外,碲礦物大都是與黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等共生,產(chǎn)量僅0.001%~0.1%。碲礦物有碲金礦(AuTe2)、輝碲鉍礦(Bi2Tes2)和碲銅礦等,但是都是稀少,無開采價(jià)值,幾乎全是從精煉銅和鉛的陽極中回收的,而且銅電解精煉的陽極泥是提取碲的主要原料,處理陽極泥的基本工藝是硫酸化焙燒法,其他工藝如蘇打燒結(jié)法等用的很少,可按陽極泥碲含量高低采用不同的工藝處理,高純碲是用電解制取的。
對(duì)含碲高的(約3%)陽極泥先在250℃進(jìn)行硫酸化焙燒,然后在約700℃使二氧化硒揮發(fā),碲留在焙燒渣中,先用水浸出渣中硫酸銅,再用NaOH溶液浸出后可得到亞碲酸鈉溶解,加硫酸中和,生成粗氧化碲沉淀,沉淀物經(jīng)凈化后將其溶于NaOH液中,保持溶液中碲的濃度100g/L。NaOH的160g/L,然后電解可制備純度為98%~99%碲。
含碲低的銅陽極泥和鉛陽極混合物經(jīng)還原熔煉與一系列處理處后可電解得純度為98%工業(yè)碲。
高純碲是用電解法制備的,以工業(yè)碲為陽極,外表面用微孔聚氯乙烯膜作隔膜,陰極為不銹鋼板,電解液為亞碲酸鈉Na2TeO3溶液、TeO2濃度168g/L~183g/L,電解溫度45℃,電流密度200A/m2,在陰極上可獲得4N5碲。以電解Te為原料,在460℃~500℃、0.0133~0.133N/m2真空爐內(nèi)精餾提純,可得5N的高純碲。采用H2可與Se發(fā)生反應(yīng)而不與Te反應(yīng)原理,可以進(jìn)一步出去雜質(zhì)Se,可獲得6N碲,***后可用拉晶法作進(jìn)一步的提純,從而可得到純度>6N碲。
6.碲:支撐高精技術(shù)發(fā)展的尖端材料
碲的應(yīng)用領(lǐng)域有傳統(tǒng)方面與高精技術(shù)方面的,在前一領(lǐng)域主要是作為微量合金化元素與化工催化劑,在后一領(lǐng)域則是在光電及熱電方面。
鋼鐵及有色金屬合金的有效微量合金元素:向低碳高速切削鋼和高強(qiáng)度鋼添加0.04%Te,可以改善其可切削性能,可切削速度可提高到195m/min,較一般的高3倍;向可鍛鑄鐵加入0.01%Te~0.1%Te可以顯著細(xì)化晶粒;含0.5%Te的14500易切削銅,除有很好的可切削性能外,還有高的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率和抗疲勞性能等,是制造電子儀表元器件的良好材料;向鋁、錫、鉛合金添加0.01%Te~0.5%Te可以提高它們的抗蝕性、硬度等,含Te的鉛合金是制造海底電纜的上乘材料。碲在冶金方面2015年的用量約占總消費(fèi)的45%,全世界的總消費(fèi)量約500t。
碲在高技術(shù)方面的應(yīng)用是指在光電及熱電方面:用CdTe制備的核輻射探測(cè)器有大禁寬帶度,波長協(xié)調(diào)范圍大到0.4μm~50μm,并允許在室溫下工作。pbTe、HgCdTe、PbSnTe等是制造夜視鏡、紅外探測(cè)儀、激光和紅外雷達(dá)的良好材料。
在熱電領(lǐng)域的應(yīng)用又可以分為三方面:Bi2(Te1-XSeX)3、(B1-XSbX)Te3和PbTe等是半導(dǎo)體制冷上乘材料,可作雷達(dá)、水底導(dǎo)彈的冷卻、潛艇空氣調(diào)節(jié)與清除CO2的分子篩,電子元件、飛行服和民用電子冰箱、藥箱及酒柜的制冷,以及駕駛員與特種工作人員的清涼帽等;在溫差發(fā)電方面已得到有效應(yīng)用,如GeSi/PbTe串聯(lián)發(fā)電裝置是一種十分可靠的動(dòng)力源,已成為航天、導(dǎo)彈發(fā)射、導(dǎo)彈浮標(biāo)及遙測(cè)記錄儀等的良好動(dòng)力源;CdTe太陽能電池已獲得廣泛應(yīng)用,雖然它的熱-電轉(zhuǎn)換率只有10%,比Si的14%與GaAs的22%低得多,但是它對(duì)日光與紅外輻射波長的吸收率卻達(dá)到33∶1,遠(yuǎn)比其他已知材料的高得多,而且具有成本低與輕便優(yōu)點(diǎn),在航天器特別是衛(wèi)星上已廣為應(yīng)用。
碲在光電領(lǐng)域的消費(fèi)絕對(duì)量雖不大,但其合成的元器件性能***,因而有極高的附加值;由于中國半導(dǎo)體制冷行業(yè)的飛速發(fā)展,消費(fèi)量急劇上升,大有后來居上之勢(shì),2020年有可能超過冶金方面的用量,熱電與光電領(lǐng)域有可能成為消費(fèi)碲的***大行業(yè)。
碲在化工方面的應(yīng)用主要有:碲粉作為橡膠的第二硫化劑,防止低硫或無硫橡膠的老化和力學(xué)性能下降;碲的氧化物可作為反應(yīng)催化劑應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)過程的氧化、加氫、脫氫等過程;碲鹽可作為消除潤滑油中油泥的抗氧劑,也可作為固體潤滑劑和定時(shí)引爆的雷管。碲在化工產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用量一直相當(dāng)穩(wěn)定,約為22%。
7.應(yīng)用領(lǐng)域
早期的碲應(yīng)用比較局限。在二次世界大戰(zhàn)期間,碲是作為硫化劑用于天然橡膠生產(chǎn),直到20世紀(jì)50年代后期才成為一種具有工業(yè)實(shí)用價(jià)值的元素。碲及其化合物應(yīng)用廣泛,其下***業(yè)包括太陽能、合金、熱電制冷、電子、橡膠等行業(yè),下***業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r直接決定碲的需求量。目前碲化鎘薄膜太陽能行業(yè)發(fā)展迅速,被認(rèn)為是***有發(fā)展前景的太陽能技術(shù)之一,預(yù)計(jì)隨著碲化鎘薄膜太陽能行業(yè)的發(fā)展,碲的需求將持續(xù)高速增長。
01.碲的主要產(chǎn)品
碲的主要產(chǎn)品包括:金屬碲、二氧化碲、碲粉和高純碲。
02.碲應(yīng)用領(lǐng)域分布
03.冶金工業(yè)
碲在冶金工業(yè)中的應(yīng)用占了應(yīng)用總量的42%,由于碲在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅速,冶金工業(yè)的占比呈走低趨勢(shì)。
碲在冶金行業(yè)主要用作有色金屬以及鋼鐵的合金元素。在有色金屬行業(yè),碲用于改善銅合金的切削加工性能,在錫、鋁及鉛基合金中添加碲能增加合金的硬度和可塑性,在鉛中添加碲可用于制作電纜的護(hù)套,如石油潛孔泵。在鑄鐵和鋼材中加入0.03%-0.04%的碲可以降低鑄鐵和鋼材的氮吸收,改變鋼材的晶粒,提高鋼材的強(qiáng)度和抗蝕性能,在鑄鐵中添加0.001%-0.002%的碲可使其表面堅(jiān)固耐磨,碲對(duì)鑄鐵的顯微組織、結(jié)晶過程、機(jī)械性能等都有著不可忽視的影響,其白口化傾向位于各元素之首。這種經(jīng)過碲處理過的鋼鐵已經(jīng)用于礦山、 自動(dòng)化、 鐵路和其它設(shè)備。
04.化學(xué)工業(yè)
化學(xué)工業(yè)占碲應(yīng)用總量的21%左右。在化工領(lǐng)域,碲與碲化合物用作催化劑的添加劑,也可作為橡膠工業(yè)的分散劑,提高橡膠的強(qiáng)度與彈性。碲可在鎳的電解中起到重要的作用,在電解液中添加 NaTeO3(75ml/L)就能生成一層過度鎳層,后者能夠***終形成抗腐蝕很強(qiáng)的電解鎳層。碲催化劑在石油裂化、 煤的氫化等方面得以應(yīng)用。加碲還可以防止聚甲基硅氧化烷的氧化。在攝影、 印刷業(yè)上用作調(diào)色劑和固體潤滑劑等方面 ,碲也展現(xiàn)了良好的應(yīng)用效果。此外,由于碲的化合物一碲化鉍具有良好的制冷特性,還是人類制冷業(yè)(電冰箱、空調(diào)機(jī)等)原用的氟氯烴物質(zhì)CFC一11、CFC一12(簡稱氟里昂)的理想替代物質(zhì)。
05.電子電氣工業(yè)
碲在電子電氣工業(yè)的用量約占8%。在光電子行業(yè),涉及紅外線到紫外線光譜的激光器、光二極管、光接收器等均采用半導(dǎo)體部件ZnTe, CdTe, HgTe, HgCdTe等。鉛、錫、汞及鎘的碲化物對(duì)紅外線輻射靈敏,PbSnTe 和CdHgTe化合物是重要的紅外光電材料,碲是生產(chǎn)紅外材料的重要原材料。由于SeTe和SeAs合金在單位時(shí)間內(nèi)的感光量較高,碲鎘汞化合物是用于軍事和航天系統(tǒng)紅外探測(cè)器的主要光敏材料,碲化鎘(CdTe)則以其良好的吸光特性而被應(yīng)用于光電系統(tǒng),美國在軍事上使用的高純度碲達(dá)99.99999%。利用含碲化合物性能優(yōu)良的光敏特性,在資源普查、衛(wèi)星航測(cè)、激光制導(dǎo)等方面顯示了突出的優(yōu)勢(shì),在近代美國對(duì)伊拉克戰(zhàn)爭中得到***的表現(xiàn)。 在照相制版與激光打印及復(fù)印的感光元件中,碲是一個(gè)重要的光阻元件。正是碲在光電子方面的上述性能,才在21世紀(jì)***具魅力產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著重要作用。
06.碲化鎘薄膜太陽能電池
1)碲化鎘薄膜太陽能電池是什么?
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Cd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。目前的CdTe電池可以采用多種方法制備,近空間升華法、化學(xué)水浴沉積(CBD)、絲網(wǎng)印刷、濺射、蒸發(fā)等。一般的工業(yè)化和實(shí)驗(yàn)室都采用CBD的方法,這是因?yàn)镃BD法的成本低和生成的CdS能夠與TCO形成良好的致密接。
2)全球碲化鎘薄膜太陽能電池概況
全球生產(chǎn)企業(yè)有加拿大的5NPlus、Redlen和先導(dǎo)稀材,其中5NPlus是全球***早實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的薄膜太陽能用碲化鎘生產(chǎn)商,目前是全球***大的薄膜太陽能用碲化鎘生產(chǎn)商,在該領(lǐng)域有較大的市場(chǎng)份額,其規(guī)模隨著主要客戶First Solar的成長而迅速擴(kuò)大,該公司75%左右的銷售收入源于First Solar。Redlen是全球***的輻射探測(cè)器和醫(yī)學(xué)成像設(shè)備生產(chǎn)商之一,也是全球少數(shù)幾家具備薄膜太陽能用碲化鎘生產(chǎn)技術(shù)的公司之一,由于缺乏一體化的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì),該公司在碲化鎘產(chǎn)品方面市場(chǎng)份額不大。先導(dǎo)稀材從2006年開始研發(fā)薄膜太陽能用碲化鎘,目前已通過部分客戶的質(zhì)量認(rèn)證,并具備了規(guī)?;a(chǎn)的技術(shù)能力。
3)國內(nèi)CdTe薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)
20世紀(jì)80年代,我國CdTe薄膜電池的研究工作才正式開始。***初,內(nèi)蒙古大學(xué)采用蒸發(fā)技術(shù)、北京太陽能研究所采用電沉積技術(shù)(ED)研究和制備CdTe薄膜電池,后者研制的電池效率達(dá)到5.8%。80年代中期至90年代中期,研究工作基本處于停頓狀態(tài),成果甚微。90年代后期,四川大學(xué)太陽能材料與器件研究所的馮良桓教授帶領(lǐng)開展了碲化鎘薄膜太陽電池的研究,在“九五”期間,承擔(dān)了科技部資助的科技攻關(guān)計(jì)劃課題:“Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體多晶薄膜太陽電池的研制”。采用近空間升華技術(shù)研究CdTe薄膜電池,并取得很好的成績。***近電池效率已經(jīng)突破13.38%,進(jìn)入了世界先進(jìn)行列?!笆濉逼陂g,CdTe薄膜電池研究被列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃“863”重點(diǎn)項(xiàng)目。
經(jīng)過多年幾代科學(xué)工作者的不懈努力,我國正處于實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究到應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展階段,并計(jì)劃建立年產(chǎn)量0.5MW的中試生產(chǎn)線。CdTe薄膜太陽電池研究,由原來的只有內(nèi)蒙古大學(xué)、四川大學(xué)、新疆大學(xué)等幾家科研院所進(jìn)行這方面的基礎(chǔ)研究,到今年的四川阿波羅太陽能科技開發(fā)股份有限公司新型薄膜CdTe/CdS太陽能電池核心材料產(chǎn)業(yè)化,為期兩年,將建設(shè)擁有年產(chǎn)碲化鎘50噸的生產(chǎn)線、硫化鎘10噸生產(chǎn)線,使我國在CdTe薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)化將得到長足發(fā)展,向世界***水平邁進(jìn)。
4)存在問題與制約因素
碲化鎘薄膜太陽電池制作流程相對(duì)容易,因而較其他太陽能薄膜電池其商品化進(jìn)展***快。已由實(shí)驗(yàn)室研究階段走向規(guī)?;I(yè)生產(chǎn)。目前CdTe太陽能電池下一步的研發(fā)重點(diǎn),是如何進(jìn)一步降低成本、提***率并改進(jìn)與完善生產(chǎn)工藝。 目前CdTe電池市場(chǎng)占有率并不理想,究其無法耀升為市場(chǎng)主流的原因,大至有下列幾點(diǎn):
01.模塊與基材材料成本太高,整體CdTe太陽能電池材料占總成本的53%,其中半導(dǎo)體材料只占約5.5%。
02.碲天然運(yùn)藏量有限,其總量勢(shì)必?zé)o法應(yīng)付大量而全盤的倚賴此種光電池發(fā)電之需。
03鎘的毒性,使人們無法放心的接受此種光電池。
CdTe太陽能電池作為大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用的光伏器件,環(huán)境污染問題是不可忽視的。有毒元素鎘(Cd)對(duì)環(huán)境的污染以及對(duì)操作人員健康的危害是不可小視的。我們不能在獲取清潔能源的同時(shí),又對(duì)人體和人類生存環(huán)境造成新的危害。有效地處理廢棄和破損的CdTe組件,技術(shù)上來說并不難。但鎘是有劇毒的重金屬,它的化合物同樣也有毒。
鎘帶來的主要影響:一是含有Cd的塵埃通過呼吸道對(duì)人類和其他動(dòng)物造成的危害;二是生產(chǎn)廢水廢物排放所造成的生態(tài)污染。因此,對(duì)破損的玻璃片上的Cd和Te應(yīng)去除并回收,對(duì)損壞和廢棄的組件應(yīng)進(jìn)行妥善處理,對(duì)生產(chǎn)中排放的廢水、廢物應(yīng)按照環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。目前各國均在致力于解決制約CdTe薄膜太陽能電池發(fā)展的因素,相信上述問題定會(huì)逐個(gè)解決,從而使碲化鎘薄膜電池成為未來社會(huì)新的能源成分之一。
8.其他
碲還可以用作玻璃和陶瓷的著色劑,通過添加含碲的物質(zhì)能生產(chǎn)出不同顏色的玻璃和陶瓷,還可以使銀制器皿、鉛和黃銅表面生成一層永久的精美黑色;加入碲可使瓷釉呈粉紅色。與普通的硅酸鹽玻璃相比較,碲玻璃具有折射率大、 形變溫度低、 密度大以及紅外透明等特點(diǎn)。含有一定量鍺、 硫和碲的玻璃在紅外區(qū)域內(nèi)具有良好的化學(xué)性能,較高的機(jī)械強(qiáng)度、 較好的耐熱性(軟化點(diǎn)385℃)和耐熱沖擊等特點(diǎn)。
碲玻璃的紅外透明性能有助于在紅外光學(xué)方面的應(yīng)用,如用作紅外窗等。良好的光敏性預(yù)示著可以用作光導(dǎo)攝像管的應(yīng)用,軟化溫度低的特點(diǎn),則可能制作真空密閉半導(dǎo)體元件材料。碲化合物具有明顯的抗腫瘤作用,還具有抑制白血病細(xì)胞增殖的效應(yīng)。
此外,它可以用于殺蟲劑、 殺菌劑,用于生產(chǎn)放射性同位素,還可以用于治療脫發(fā)、梅毒等疾病。研究發(fā)現(xiàn),碲及其化合物的毒性小于硒,水溶性的碲鹽和亞碲酸鹽毒性***高,元素碲的毒性***低。對(duì)于碲,聯(lián)合國、 美國和一些國家和組織已提出了衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的接觸閾限值。
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