Tellururo di cadmio: sintesi, struttura

Il tellururo di cadmio è un semiconduttore che consente la conversione efficiente dell’energia solare in elettricità.
È pertanto utilizzato nelle celle fotovoltaiche che sono prodotte in modo rapido ed economico, fornendo un’alternativa alle tecnologie convenzionali a base di silicio. Le celle solari fotovoltaiche basate su tellururo di cadmio rappresentano il segmento più ampio della produzione commerciale di moduli a film sottile a livello mondiale. il tellururo di cadmio è un calcogenuro metallico II-VI con un gap di banda diretto di ~  1.45  eV, un assorbimento ottico molto elevato  e una conduttività di tipo p.

In una tipica cella solare a tellururo di cadmio sono presenti gli strati di ossido conduttore trasparente (TCO) come SnO₂ , Cd₂SnO ₄ trasparenti alla luce visibile e altamente conduttivi per trasportare la corrente in modo efficiente.

Sintesi del tellururo di cadmio

A causa della crescente richiesta di questo composto la ricerca si è indirizzata verso lo studio di tecniche innovative e ad alta resa.

Secondo una metodologia si ottiene lo ione Te^2- per via elettrochimica. Il tellurio è ridotto a ione tellururo e  una soluzione acquosa di perclorato di cadmio Cd(ClO₄)₂ contenente acido 3-mercaptopropionico HSCH₂CH₂COOH è aggiunta  direttamente alla soluzione di ioni Te^2- acquosa generata elettrochimicamente.

Un altro metodo prevede la formazione dell’ossido di cadmio per pirolisi. A seguito di trattamento dell’ossido di cadmio con vapori di zolfo si forma il solfuro di cadmio che, trattato con vapori di tellurio dà luogo alla formazione di CdTe.

Nanoparticelle di tellururo di cadmio con dimensioni comprese tra 8 e 13  nm sono state sintetizzate per via sonochimica utilizzando ultrasuoni.  Come precursori si sono utilizzati solfato di cadmio idrato, cloruro di cadmio e tellurio elementare e soluzioni acquose di NaOH e EDTA come solventi.

Struttura

Le celle solari al tellururo di cadmio sono basate su strati di pellicola sottile di CdTe in cui  l’elettrodo inferiore è costituito da uno strato di pasta di carbonio drogata con rame.

Lo strato superiore è costituito da specie conduttive come biossido di stagno SnO₂  o stannato di cadmio Cd₂SnO₄. Tra lo strato superiore è posizionato il tellururo di cadmio e solfuro di cadmio CdS. La pellicola CdTe funge da strato di fotoconversione primaria e assorbe la maggior parte della luce visibile entro il primo micron di materiale. Le celle solari fotovoltaiche a film sottile in CdTe possono essere assemblate rapidamente e a lungo come un sostituto economico per le tecnologie fotovoltaiche convenzionali a base di silicio

Le celle solari fotovoltaiche basate su CdTe rappresentano il più grande segmento della produzione commerciale di moduli a film sottile a livello mondiale.

Vantaggi e svantaggi

La ricerca sul tellururo di cadmio risale agli anni ’50 ma solo nel 1992 gli studi fatti presso la University of South Florida hanno contribuito a portare l’efficienza a oltre il 15%

I pannelli CdTe presentano numerosi vantaggi rispetto alla tradizionale tecnologia del silicio come la  facilità di fabbricazione. Il campo elettrico necessario, che rende possibile la trasformazione dell’energia solare in elettricità, deriva dalle proprietà di CdS e CdTe.

Ciò implica una semplificazione della produzione rispetto al processo in più fasi di due diversi tipi di silicio drogato in un pannello solare al silicio. Il cadmio è ottenuto come sottoprodotto di lavorazioni industriali e non ha avuto le oscillazioni di prezzo verificate negli ultimi anni con i prezzi del silicio.

Sebbene il prezzo sia un grande vantaggio, ci sono alcuni svantaggi di questo tipo di pannelli solari quali livelli di efficienza inferiori e la modesta disponibilità di tellurio. Tuttavia le dorsali sottomarine sono ricche di tellurio e potrebbero fornire una gran quantità di tale elemento

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