テルル化カドミウム

テルル化カドミウム (CdTe): 性質、用途、安全性、そして将来展望

[テルル]]化カドミウム]は、[カドミウム]と[テルル]から構成されるII-VI族半導体化合物です。その独特の光学的、電気的特性から、多様な用途に利用されています。本稿ではCdTeの物理的・[[化学的性質、主要な用途、毒性、そして将来展望について詳細に解説します。

物理的・化学的性質

CdTeは、暗褐色の結晶性固体で、室温では安定です。その結晶構造は閃亜鉛鉱型で、格子定数は約0.648 nmです。ヤング率は52 GPa、ポアソン比は0.41と測定されています。熱伝導率は6.2 W·m⁻¹·K⁻¹ (293 K)、比熱容量は210 J/kg·K (293 K)、熱膨張率は5.9 × 10⁻⁶/K (293 K)です。

CdTeの最も重要な特性は、その光学的・電気的性質です。バルクCdTeは、バンドギャップエネルギー(1.44 eV, 300 K)付近から20μm以上の赤外線領域で高い透過率を示します。また、790 nm付近に蛍光を発します。ナノスケールまでサイズを小さくすると量子ドットとなり、蛍光スペクトルのピーク波長は可視光領域または紫外光領域にシフトします。

CdTeは水に難溶ですが、塩酸や臭化水素などの酸には侵され、毒性のあるテルル化水素やカドミウム塩を生成します。硝酸にも侵されます。

用途

CdTeの優れた特性から、様々な分野で応用されています。

太陽電池: CdTeは薄膜太陽電池の主要材料として広く用いられています。コストパフォーマンスに優れる一方、多結晶シリコン太陽電池には性能面で劣ります。
[赤外線]]検出器: 水銀]との[合金であるテルル化カドミウム水銀]は、多目的[[赤外線検出器として使用されます。
X線・ガンマ線検出器: 亜鉛(Zn)との合金であるテルル化カドミウム亜鉛(CdZnTe)は、X線やガンマ線の固体検出器として利用されます。塩素をドープしたCdTeも同様の用途に使われます。CdTeの優れた特性（高い原子番号、大きなバンドギャップ、高い電子移動度）が、高分解能のスペクトル解析を可能にしています。
光学材料: CdTeは赤外光の透過率が高いため、光学窓やレンズにも使用されますが、毒性のため用途は限られています。かつては"Irtran-6"という商品名で販売されていましたが、現在はあまり流通していません。
* 電気光学変調器: II-VI族半導体の中で最も大きな線形電気光学効果の電気光学係数を持ちます。

毒性と安全性

CdTeは毒性があり、取り扱いには注意が必要です。経口摂取や吸入は有害であり、適切な保護具の使用が必須です。CdTeの毒性はカドミウムだけでなく、量子ドット表面の反応性が高く発生する活性酸素による細胞損傷も関係しています。また、CdTe膜の再結晶過程で有毒な塩化カドミウムが生成することも懸念されています。

CdTe太陽電池の商業化に伴い、廃棄処理と長期安全性に関する懸念が高まっています。[アメリカ国立衛生研究所]やブルックヘブン国立研究所(BNL)は、CdTeの長期暴露の影響に関する研究の必要性を訴えています。しかし、ブルックヘブン国立研究所の報告によると、CdTe太陽電池の使用自体が健康や環境に悪影響を与えるとは限らず、適切なリサイクルによって環境への影響を軽減できるとされています。それでもなお、EUや中国ではCdTeの安全性について、より慎重な議論がなされています。

供給安定性

CdTe太陽電池や関連デバイスにおいて、カドミウムやテルルの価格は全体コストに占める割合は小さいです。しかし、テルルはレアメタルであり、CdTeの需要が急増すれば、テルルの供給不足が大きな問題となる可能性があります。

将来展望

CdTeは、その優れた特性から、今後も様々な分野で活用されていくと考えられます。特に、太陽電池分野では、コスト削減と性能向上に向けた研究開発が継続されるでしょう。しかし、毒性と供給安定性の課題への対応は、CdTeの持続的な利用にとって不可欠です。今後の研究により、より安全で環境に配慮したCdTeの製造・利用方法が確立されることが期待されます。

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