• 碲的用途和应用领域



• 应用领域发展

• 早期的碲应用比较局限。在二次世界大战期间，碲是作为硫化剂用于天然橡胶生产，直到20世纪50年代后期才成为一种具有工业实用价值的元素。碲及其化合物应用广泛，其下游行业包括太阳能、合金、热电制冷、电子、橡胶等行业，下游行业的发展状况直接决定碲的需求量。目前碲化镉薄膜太阳能行业发展迅速，被认为是最有发展前景的太阳能技术之一，预计随着碲化镉薄膜太阳能行业的发展，碲的需求将持续高速增长。
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• 碲的主要产品
• 碲的主要产品包括：金属碲、二氧化碲、碲粉和高纯碲。
• 碲应用领域分布
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• 冶金工业

• 碲在冶金工业中的应用占了应用总量的42%，由于碲在光伏领域的应用发展迅速，冶金工业的占比呈走低趋势。
• 碲在冶金行业主要用作有色金属以及钢铁的合金元素。在有色金属行业，碲用于改善铜合金的切削加工性能，在锡、铝及铅基合金中添加碲能增加合金的硬度和可塑性，在铅中添加碲可用于制作电缆的护套，如石油潜孔泵。在铸铁和钢材中加入0.03%-0.04%的碲可以降低铸铁和钢材的氮吸收，改变钢材的晶粒，提高钢材的强度和抗蚀性能，在铸铁中添加0.001%-0.002%的碲可使其表面坚固耐磨，碲对铸铁的显微组织、结晶过程、机械性能等都有着不可忽视的影响，其白口化倾向位于各元素之首。这种经过碲处理过的钢铁已经用于矿山、 自动化、 铁路和其它设备。

• 化学工业

• 化学工业占碲应用总量的21%左右。在化工领域，碲与碲化合物用作催化剂的添加剂，也可作为橡胶工业的分散剂，提高橡胶的强度与弹性。碲可在镍的电解中起到重要的作用，在电解液中添加 NaTeO3(75ml/L)就能生成一层过度镍层，后者能够最终形成抗腐蚀很强的电解镍层。碲催化剂在石油裂化、 煤的氢化等方面得以应用。加碲还可以防止聚甲基硅氧化烷的氧化。在摄影、 印刷业上用作调色剂和固体润滑剂等方面 ,碲也展现了良好的应用效果。此外，由于碲的化合物一碲化铋具有良好的制冷特性，还是人类制冷业(电冰箱、空调机等)原用的氟氯烃物质CFC一11、CFC一12(简称氟里昂)的理想替代物质。

• 电子电气工业

• 碲在电子电气工业的用量约占8%。在光电子行业，涉及红外线到紫外线光谱的激光器、光二极管、光接收器等均采用半导体部件ZnTe, CdTe, HgTe, HgCdTe等。铅、锡、汞及镉的碲化物对红外线辐射灵敏，PbSnTe 和CdHgTe化合物是重要的红外光电材料，碲是生产红外材料的重要原材料。由于SeTe和SeAs合金在单位时间内的感光量较高，碲镉汞化合物是用于军事和航天系统红外探测器的主要光敏材料，碲化镉(CdTe)则以其良好的吸光特性而被应用于光电系统，美国在军事上使用的高纯度碲达99.99999%。利用含碲化合物性能优良的光敏特性，在资源普查、卫星航测、激光制导等方面显示了突出的优势，在近代美国对伊拉克战争中得到淋漓尽致的表现。 在照相制版与激光打印及复印的感光元件中，碲是一个重要的光阻元件。正是碲在光电子方面的上述性能，才在21世纪最具魅力产业中发挥着重要作用。

• 碲化镉薄膜太阳能电池

• 1. 碲化镉薄膜太阳能电池是什么？
• 碲化镉薄膜太阳能电池简称CdTe电池，它是一种以p型CdTe和n型Cd的异质结为基础的薄膜太阳能电池。 一般标准的碲化镉薄膜太阳能电池由五层结构组成:背电极、背接触层、CdTe吸收层、CdTe窗口层、TCO层。目前的CdTe电池可以采用多种方法制备，近空间升华法、化学水浴沉积(CBD)、丝网印刷、溅射、蒸发等。一般的工业化和实验室都采用CBD的方法，这是因为CBD法的成本低和生成的CdS能够与TCO形成良好的致密接。
• 2. 全球碲化镉薄膜太阳能电池概况
• 全球生产企业有加拿大的5NPlus、Redlen和先导稀材，其中5NPlus是全球最早实现规模化生产的薄膜太阳能用碲化镉生产商，目前是全球最大的薄膜太阳能用碲化镉生产商，在该领域有较大的市场份额，其规模随着主要客户First Solar的成长而迅速扩大，该公司75%左右的销售收入源于First Solar。Redlen是全球领先的辐射探测器和医学成像设备生产商之一，也是全球少数几家具备薄膜太阳能用碲化镉生产技术的公司之一，由于缺乏一体化的产业链优势，该公司在碲化镉产品方面市场份额不大。先导稀材从2006年开始研发薄膜太阳能用碲化镉，目前已通过部分客户的质量认证，并具备了规模化生产的技术能力。
• 3. 国内CdTe薄膜太阳能电池产业发展状况与趋势
• 20世纪80年代，我国CdTe薄膜电池的研究工作才正式开始。最初，内蒙古大学采用蒸发技术、北京太阳能研究所采用电沉积技术（ED）研究和制备CdTe薄膜电池，后者研制的电池效率达到5.8%。80年代中期至90年代中期，研究工作基本处于停顿状态，成果甚微。90年代后期，四川大学太阳能材料与器件研究所的冯良桓教授带领开展了碲化镉薄膜太阳电池的研究，在“九五”期间，承担了科技部资助的科技攻关计划课题：“Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体多晶薄膜太阳电池的研制”。采用近空间升华技术研究CdTe薄膜电池，并取得很好的成绩。最近电池效率已经突破13.38%，进入了世界先进行列。“十五”期间，CdTe薄膜电池研究被列入国家高技术研究发展计划“863”重点项目。
• 经过多年几代科学工作者的不懈努力，我国正处于实验室基础研究到应用产业化的快速发展阶段，并计划建立年产量0.5MW的中试生产线。CdTe薄膜太阳电池研究，由原来的只有内蒙古大学、四川大学、新疆大学等几家科研院所进行这方面的基础研究，到今年的四川阿波罗太阳能科技开发股份有限公司新型薄膜CdTe/CdS太阳能电池核心材料产业化，为期两年，将建设拥有年产碲化镉50吨的生产线、硫化镉10吨生产线，使我国在CdTe薄膜太阳电池产业化将得到长足发展，向世界领先水平迈进。
• 4. 存在问题与制约因素
• 碲化镉薄膜太阳电池制作流程相对容易，因而较其他太阳能薄膜电池其商品化进展最快。已由实验室研究阶段走向规模化工业生产。目前CdTe太阳能电池下一步的研发重点，是如何进一步降低成本、提高效率并改进与完善生产工艺。 目前CdTe电池市场占有率并不理想，究其无法耀升为市场主流的原因，大至有下列几点：
• 一、模块与基材材料成本太高，整体CdTe太阳能电池材料占总成本的53%，其中半导体材料只占约5.5%。
• 二、碲天然运藏量有限，其总量势必无法应付大量而全盘的倚赖此种光电池发电之需。
• 三、镉的毒性，使人们无法放心的接受此种光电池。
• CdTe太阳能电池作为大规模生产与应用的光伏器件，环境污染问题是不可忽视的。有毒元素镉(Cd)对环境的污染以及对操作人员健康的危害是不可小视的。我们不能在获取清洁能源的同时，又对人体和人类生存环境造成新的危害。有效地处理废弃和破损的CdTe组件，技术上来说并不难。但镉是有剧毒的重金属，它的化合物同样也有毒。
• 镉带来的主要影响：一是含有Cd的尘埃通过呼吸道对人类和其他动物造成的危害；二是生产废水废物排放所造成的生态污染。因此，对破损的玻璃片上的Cd和Te应去除并回收，对损坏和废弃的组件应进行妥善处理，对生产中排放的废水、废物应按照环保标准进行处理。目前各国均在致力于解决制约CdTe薄膜太阳能电池发展的因素，相信上述问题定会逐个解决，从而使碲化镉薄膜电池成为未来社会新的能源成分之一。

• 其他

• 碲还可以用作玻璃和陶瓷的着色剂，通过添加含碲的物质能生产出不同颜色的玻璃和陶瓷，还可以使银制器皿、铅和黄铜表面生成一层永久的精美黑色；加入碲可使瓷釉呈粉红色。
• 与普通的硅酸盐玻璃相比较，碲玻璃具有折射率大、 形变温度低、 密度大以及红外透明等特点。
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• 含有一定量锗、 硫和碲的玻璃在红外区域内具有良好的化学性能，较高的机械强度、 较好的耐热性(软化点385℃)和耐热冲击等特点。
• 碲玻璃的红外透明性能有助于在红外光学方面的应用，如用作红外窗等。
• 良好的光敏性预示着可以用作光导摄像管的应用，软化温度低的特点，则可能制作真空密闭半导体元件材料。
• 碲化合物具有明显的抗肿瘤作用，还具有抑制白血病细胞增殖的效应。
• 此外，它可以用于杀虫剂、 杀菌剂，用于生产放射性同位素，还可以用于治疗脱发、梅毒等疾病。研究发现，碲及其化合物的毒性小于硒，水溶性的碲盐和亚碲酸盐毒性最高，元素碲的毒性最低。对于碲，联合国、 美国和一些国家和组织已提出了卫生标准的接触阈限值。