La energía solar es una tecnología crucial en la transición hacia fuentes de energía renovable. Sin embargo, para que una fuente de energía renovable sea verdaderamente sostenible, es necesario comprender y mitigar los impactos más amplios. En el cruce entre el agua y la energía se encuentra la cuestión de los trade-offs entre las fuentes de energía en términos de su huella hídrica, ya sea a través del uso de agua o de la contaminación del agua. El propósito de este trabajo es analizar las celdas fotovoltaicas de película delgada de CdTe para evaluar intervenciones que puedan prevenir la contaminación del agua potable. Nos centramos en el agua potable debido a su relevancia para el Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 de las Naciones Unidas: agua limpia y saneamiento. Las celdas fotovoltaicas de película delgada utilizan CdTe como material semiconductor debido a su brecha de banda ventajosa y alta eficiencia de absorción solar. Sin embargo, el CdTe, así como las especies de cadmio y telurio, pueden ser tóxicos para los ecosistemas acuáticos y terrestres y representar graves riesgos para la salud humana cuando están presentes en el agua potable. Proponemos un análisis de decisión de múltiples criterios (MCDA) que puede ser utilizado por líderes empresariales y políticos para ayudar en la toma de decisiones con respecto a nuevas intervenciones para proteger el agua potable. En este artículo utilizamos un estudio de caso para demostrar el uso del marco MCDA. Las intervenciones analizadas en esta revisión son la regulación del reciclaje y la eliminación, los biorreactores y las celdas solares sensibilizadas por colorantes. Proteger los suministros de agua mientras se aumenta el acceso a una electricidad confiable a través de la energía solar de bajo costo es un camino crítico para alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU a medida que esta tecnología de energía renovable evoluciona.
¿Para qué se utiliza el cadmio telurio?
El cadmio telurio (CdTe) es un compuesto químico semiconductor formado por cadmio y telurio. Se utiliza principalmente como material semiconductor en las celdas fotovoltaicas de cadmio telurio y como una ventana óptica infrarroja. Por lo general, se combina con sulfuro de cadmio para formar una célula solar p-n.
El CdTe se utiliza para fabricar células solares de película delgada, que representan aproximadamente el 8% de todas las células solares instaladas en 201Son uno de los tipos de células solares más económicos, aunque la comparación del costo total de instalación depende del tamaño de la instalación y muchos otros factores, y ha cambiado rápidamente de un año a otro. El mercado de células solares CdTe está dominado por First Solar. En 2011, se produjeron alrededor de 2 GWp de células solares CdTe. Para más detalles y discusión, consulte la fotovoltaica de cadmio telurio.
El CdTe se puede alear con mercurio para fabricar un material versátil para detectores infrarrojos (HgCdTe). El CdTe aleado con una pequeña cantidad de zinc produce un excelente detector de rayos X y rayos gamma de estado sólido (CdZnTe).
El CdTe se utiliza como material óptico infrarrojo para ventanas y lentes ópticas y se ha demostrado que proporciona un buen rendimiento en una amplia gama de temperaturas. Una forma temprana de CdTe para uso en infrarrojos se comercializó bajo el nombre comercial de Irtran-6, pero esto está obsoleto.
El CdTe también se aplica en moduladores electro-ópticos. Tiene el mayor coeficiente electro-óptico del efecto electro-óptico lineal entre los cristales compuestos II-VI (r41 = r52 = r63 = 8 × 10^-12 m/V).
El CdTe dopado con cloro se utiliza como detector de radiación para rayos X, rayos gamma, partículas beta y partículas alfa. El CdTe puede funcionar a temperatura ambiente, lo que permite la construcción de detectores compactos para una amplia variedad de aplicaciones en espectroscopía nuclear. Las propiedades que hacen que el CdTe sea superior para la realización de detectores de rayos gamma y X de alto rendimiento son el alto número atómico, el gran ancho de banda y la alta movilidad electrónica (~ 1100 cm² / V · s), que resultan en un alto producto μτ (movilidad-vida útil) intrínseco y, por lo tanto, una alta recolección de carga y una excelente resolución espectral. Debido a las malas propiedades de transporte de carga de los huecos (~ 100 cm² / V · s), se utilizan geometrías de detectores de detección de un solo portador para producir espectroscopía de alta resolución; estos incluyen rejillas coplanares, detectores de cuello de Frisch y detectores de píxeles pequeños.
Propiedades físicas
Propiedades ópticas y electrónicas
El CdTe a granel es transparente en el infrarrojo, desde cerca de su energía de brecha de banda (5 eV a 300 K, que corresponde a una longitud de onda infrarroja de aproximadamente 830 nm) hasta longitudes de onda mayores de 20 µm; correspondientemente, el CdTe es fluorescente a 790 nm. A medida que el tamaño de los cristales de CdTe se reduce a unos pocos nanómetros o menos, lo que los convierte en puntos cuánticos de CdTe, el pico de fluorescencia se desplaza a través del rango visible hasta el ultravioleta.
Propiedades químicas
El CdTe es insoluble en agua. El CdTe tiene un alto punto de fusión de 1041 °C, con evaporación a partir de 1050 °C. El CdTe tiene una presión de vapor de cero a temperaturas ambiente. El CdTe es más estable que sus compuestos parentales, el cadmio y el telurio, y la mayoría de los otros compuestos de Cd, debido a su alto punto de fusión e insolubilidad.
El CdTe comercialmente disponible se presenta en forma de polvo o cristales. Se puede convertir en nanocristales.
Evaluación toxicológica
El compuesto CdTe tiene cualidades diferentes a los dos elementos, cadmio y telurio, tomados por separado. El CdTe tiene baja toxicidad aguda por inhalación, oral y acuática, y es negativo en la prueba de mutagenicidad de Ames. Basado en la notificación de estos resultados a la Agencia Europea de Sustancias y Mezclas Químicas (ECHA), el CdTe ya no se clasifica como nocivo si se ingiere ni como nocivo en contacto con la piel, y la clasificación de toxicidad para la vida acuática se ha reducido. Una vez capturado y encapsulado de manera adecuada y segura, el CdTe utilizado en procesos de fabricación puede ser inofensivo. Los módulos de CdTe actuales pasan la Prueba de Caracterización de Toxicidad del Lixiviado (TCLP) de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., Diseñada para evaluar el potencial de lixiviación a largo plazo de los productos desechados en vertederos.
Un documento alojado por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. Fechado en 2003 revela que: el Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL) y el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) están nominando al Telururo de Cadmio (CdTe) para su inclusión en el Programa Nacional de Toxicología (NTP). Esta nominación es respaldada por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) y First Solar Inc. El material tiene el potencial de tener aplicaciones generalizadas en la generación de energía fotovoltaica que implicarán extensas interfaces humanas. Por lo tanto, consideramos que un estudio toxicológico definitivo de los efectos de la exposición a largo plazo al CdTe es una necesidad. Según la clasificación proporcionada por las empresas a la Agencia Europea de Sustancias y Mezclas Químicas (ECHA) en los registros de REACH, aún es dañino para la vida acuática con efectos duraderos.
Además, la clasificación proporcionada por las empresas a las notificaciones de la ECHA lo clasifica como muy tóxico para la vida acuática con efectos duraderos, muy tóxico para la vida acuática, nocivo si se inhala o se ingiere y es nocivo en contacto con la piel.
Disadvantages of cadmium telluride
While cadmium telluride (CdTe) has many advantages as a semiconductor material for solar panels, it also has some disadvantages. One of the main concerns is the potential toxicity of cadmium, a component of CdTe. Cadmium is a heavy metal that can be harmful to human health and the environment if not properly managed.
Another disadvantage of CdTe solar panels is their lower efficiency compared to other types of solar cells, such as silicon-based cells. CdTe solar cells typically have lower conversion efficiencies, which means they produce less electricity for a given amount of sunlight. However, advancements in CdTe technology have been made in recent years, and CdTe solar panels are becoming more efficient.
Additionally, CdTe is less stable than other semiconductor materials, such as silicon. It can degrade over time due to exposure to sunlight and other environmental factors. This can lead to a decrease in the performance and lifespan of CdTe solar panels.
Furthermore, the availability of tellurium, a key component of CdTe, is limited. Tellurium is a relatively rare element, and its availability may become a constraint on the production of CdTe solar panels in the future. However, with improved material efficiency and increased recycling systems, the CdTe PV industry has the potential to rely on recycled tellurium from end-of-life modules.
In conclusion, while CdTe solar panels have advantages such as low cost and high solar absorption efficiency, they also have disadvantages such as potential toxicity, lower efficiency compared to other types of solar cells, and limited availability of tellurium. However, ongoing research and development in CdTe technology aim to address these challenges and further improve the performance and sustainability of CdTe solar panels.
Are CdTe solar panels safe?
CdTe solar panels are generally considered safe when properly manufactured, installed, and disposed of. However, the potential toxicity of cadmium, a component of CdTe, is a concern. Proper handling and disposal procedures should be followed to minimize any potential risks.
How efficient are CdTe solar panels?
CdTe solar panels typically have lower conversion efficiencies compared to other types of solar cells, such as silicon-based cells. However, advancements in CdTe technology have been made in recent years, and CdTe solar panels are becoming more efficient.
Is tellurium availability a concern for CdTe solar panels?
Tellurium, a key component of CdTe, is a relatively rare element. However, with improved material efficiency and increased recycling systems, the CdTe PV industry has the potential to rely on recycled tellurium from end-of-life modules.
Las celdas solares de cadmio telurio (CdTe) son una opción popular debido a su bajo costo y alta eficiencia de absorción solar. Sin embargo, también presentan desventajas, como la posible toxicidad del cadmio y la menor eficiencia en comparación con otros tipos de células solares. Además, la disponibilidad limitada de telurio es un factor a considerar. A pesar de estas desventajas, la tecnología CdTe continúa mejorando y tiene el potencial de desempeñar un papel importante en la transición hacia una energía más limpia y sostenible.
Si estás interesado en instalar paneles solares de CdTe, es importante consultar a un profesional y seguir las pautas de seguridad y manejo adecuadas. Con el avance de la tecnología y la conciencia ambiental, se espera que los paneles solares de CdTe sigan evolucionando y contribuyendo al desarrollo de un futuro más sostenible.