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Einrichtung zur Umsetzung von Licht- in Stromänderungen.
Die Empfindlichkeit der bekannten Einrichtungen zur Umsetzung von Licht-in Strom-oder
Spannungsänderungen, wie z. B. durch Selenzellen, reicht für viele Zwecke, insbesondere für Bildtele- graphie, zum Fernsehen und zur Tonfilmherstellung und-reproduktion, nicht aus, und es besteht daher ein Bedürfnis nach einer möglichst empfindlichen und nur mit Primäreffekten arbeitenden, also frequenz- unabhängigen Photozelle. Die Eigenschaft der Frequenzunabhängigkeit ist namentlich bei denjenigen
Photozellen gegeben, bei denen eine Elektronenerzeugung durch absorbierte Lichtquanten erfolgt. Die
Empfindlichkeit dieser Einrichtungen hängt offenbar davon ab, wie gross die Ausbeute der durch die aufgewendeten Lichtquanten ausgelösten Elektronen ist.
Die zu erzielende Ausbeute der Photoelektronen hängt im wesentlichen von der Austrittsarbeit ab, die die Elektronen beim Verlassen des Metalls zu leisten haben. Daraus ergab sich die Verwendung von stark elektropositiven Metallen, wie z. B. Alkali- metallen in Photozellen. Bei diesen Zellen erfolgt der Austritt der Elektronen an der Grenze von Metall zum Vakuum. Bei einer solchen Anordnung ist als kleinste Austrittsarbeit zirka 1 Volt bei Verwendung eines hydrierten Alkalimetalls beobachtet worden. Eine weitere Herabsetzung der Austrittsarbeit z.
B. durch Anlegung einer extrem hohen Hilfsspannung ist nicht durchführbar, da ausser der Verwendung unhandlich hoher Spannungen noch ein bei festen Oberflächen unvermeidlicher Spitzenwirkungseffekt eintritt, durch den die Elektronen von exponierten Stellen bereits in starkem Masse ausgelöst werden, ehe sich eine erhebliche gleichmässige Verringerung der Austrittsarbeit geltend macht.
Die Erfindung verlässt daher diesen bekannten Weg und richtet sieh auf solche Photozellen, die aus festen einander berührenden Schichten bestehen und bei Belichtung eine elektromotorische Kraft liefern. Solche Einrichtungen bestehen z. B. aus einem Kupferblech und einer aufgewachsenen Oxydulsellieht. Es hat sich gezeigt, dass bei solchen Zellen eine weitgehende Herabsetzung der Austrittsarbeit der Elektronen dadurch vorhanden ist, dass die Elektronen an inneren Grenzschichten ausgelöst werden, z. B. an der Berührungsfläche von Kupfer und ausgewachsenem Oxydul.
Diese Grenzschichten sind dadurch charakterisiert, dass sie dem Durchgang des Stromes einen besonderen, von der Dicke der anschliessenden Substanzen (Kupfer und Kupferoxydul) unabhängigen Widerstand entgegensetzen ; sie besitzen also eine Sperrwirkung, die im allgemeinen für beide Stromriehtungen verschieden ist und dadurch zu den bekannten Trockengleichrichtereffekten führt. Jedoch ist die Berührung der beiden Substanzen immerhin so eng, dass wenigstens in einer Stromrichtung schon bei angelegten Potentialen von Bruchteilen eines Volt eine weitgehende und an allen Stellen gleichmässige Herabsetzung der Austrittsarbeit eintritt. Auch in der entgegengesetzten Richtung wird wenigstens für einen Teil der Elektronen die Sperrwirkung bereits bei niedrigen Spannungen aufgehoben.
Unter diesen Umständen ergibt sich also eine lichtelektrische Elektronenauslösung, z. B. an einer Kupferoberfläche mit hohem Wirkungsgrad als bei bekannten Anordnungen. Zur Erhöhung der Wirkung können auch elektropositive Metalle, wie Erdalkalien, Thor, Cer, Uran u. dgl., verwendet werden.
Die Erfindung hat mit einem älteren Vorschlag nichts Gemeinsames, bei dem ein ebenfalls aus einem guten und einem dicht benachbarten schlechteren Leiter bestehendes System durch aufprallende Elektronen beeinflusst wird. Dort wird im Gegensatz zur Anordnung nach der Erfindung die Oxydulschicht selbst beeinflusst, um ihren Widerstand zu ändern. Bei der Einrichtung, auf die sich die Erfindung bezieht, werden hingegen an der Grenze zwischen beiden Schichten Photoelektronen erzeugt, und die
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Anordnung wird so getroffen, dass der Widerstand der Zwischenschicht gross ist gegen den normalen Leitungswiderstand der schlechter leitenden Schicht.
Daher ist es zweckmässig, eine möglichst dünne Oxydulschicht von der Grössenordnung eines Mikrons zu verwenden, da dann der Widerstand für den die Schicht senkrecht durchfliessenden Strom nur eine geringe Rolle gegenüber der an der Grenzschicht auftretenden Sperrspannung spielt. Ausserdem verliert die Oxydulschieht mit abnehmender Stärke ihre für das sie durchdringende Licht absorbierende Wirkung, wodurch eine bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Lichtmenge bewirkt wird. Die Auslösung der Photoelektronen kann jedoch auch durch Bestrahlung der Metallschicht erfolgen, wenn man zu diesem Zweck die Metallsehicht so dünn wählt, dass
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höhen herstellen, wobei die Folie klar durchsichtig ist.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In Fig. 1, deren Abmessungen besonders bezüglich der Schichtstärken übertrieben sind, ist auf einer Kupferplatte 1 eine Oxydul- oder Sulfidschicht 2 erzeugt. Diese Schicht ist äusserst dünn und soll
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aufgebrachtes Metallgitter als Gegenelektrode 3. Die Maschenweite des Gitters ist, um dem Strom kurze Wege durch das Oxydul zu verschaffen, möglichst klein, etwa 1-1#5 mm, zu halten. Eine weitere Ver- kleinerung der Maschen dürfte wegen der dadurch bedingten Verringerung der belichteten Oxydulfläche
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folie verwendet werden, die mit einem verstärkten Rand oder einem auf diese Weise gebildeten, besonders weitmaschigen Netz von Rippen versehen sein kann, um eine bessere Leitfähigkeit zu erzielen.
Auf dieses Gitter fällt das wirksame Licht der Quelle 4 und erzeugt nach Durchgang durch die Oxydulschicht 2
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ausgelösten Elektronen keinen Unterschied machen dürfte, ob man das Licht auf einem kleinen Gebiet (z. B. I, use konzentriert oder dieselbe Lichtmenge über die ganze Fläche verteilt. An die Kupferplatte 1 und das Gitter 3 ist eine E M K von Bruchteilen eines Volt angelegt, die zweckmässig einem Potentiometer 5 entnommen oder z. B. durch ein Thermoelement geliefert wird. In den so gebildeten Stromkreis ist ein Indikator 6 eingeschaltet, der auf die bei veränderlicher Belichtung entstehenden, in gleicher Weise sich ändernden Ströme anspricht.
Die Ströme bzw. Spannungsänderungen können natürlich auch erst zur Einwirkung auf Verstärkungseinriehtungen bekannter Art gebracht und zur Steuerung von drahtlosen Sendern oder über Leitungen zur Beeinflussung von Einrichtungen zur Rüekverwandlung in Lichtschwankungen benutzt werden. Die am Potentiometer abgegriffene Spannung kann 0#1-0#2 Volt betragen. Eine günstige Wirkung ist jedoch auch schon bei noch niedrigeren Spannungen oder ganz
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eines Fernhörers in den Kreis keinerlei Rauschen zu bemerken. Die Polarität der zweckmässig anzulegenden Spannung hängt davon ab, ob das Licht hauptsächlich im Kupferoxydul absorbiert wird oder, bei hinreichend dünnen Schichten, im Kupfer.
Im ersten Falle wird man die Elektronen zum Kupfer, im zweiten Fall zum Oxydul herüberziehen.
In Fig. 2 ist eine Photozelle dargestellt, bei der das Licht von der Seite der Metallschicht auf die Grenzfläche einwirkt. Wie ersichtlich, ist die aus Folie bestehende Metallelektrode 7 mit einem Gitter versehen. Im vorliegenden Falle besteht das Gitter und die Folie aus einem Stück, d. h., die Maschen- öffnungen 7 bilden die Folie und die Gitterstäbe sind aus wesentlich stärkerem Material. Die dem Gitter abgewandte Seite der Folie trägt eine ebenfalls sehr dünne, angewachsene Oxydulschicht, die ihrerseits durch eine Elektrodenplatte oder-gitter in der in Fig. l dargestellten Weise bedeckt ist. Die Belichtung kann nun von der Seite der Metallschicht erfolgen, so dass bei Verwendung glasklarer Folie eine günstige Ausnutzung der Lichtmenge gegeben ist.
Diese flächenhafte Berührung von Halbleiter und Elektrode ist für die neue Einrichtung wesentlich.
Man hat z. B. Versuche mit Argentitkristallen gemacht, um deren Enden Kupferdrähte für Zuleitungen gewickelt waren. Bei Belichtung des Kristalls tritt eine elektromotorische Kraft auf. Diese war jedoch stark von der Stelle des belichteten Kristalls abhängig. Ihr Auftreten war durchaus unregelmässig, und es zeigte sich zuweilen eine Wirksamkeit bei Belichtung der von aussen zugänglichen Kanten zwischen Kristall und Elektroden, zuweilen trat jedoch hiebei keine Wirkung auf. Die neuen Zellen sind dagegen mit vollkommener Sicherheit herzustellen und zeigen eine nahezu gleichmässige Empfindlichkeit.
Dadurch, dass die Wirkung auf einer grossen Fläche auftritt, können ausserdem grössere Lichtmengen ausgenutzt werden, als es bei den eben beschriebenen Versuchen der Fall sein konnte.
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