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Photozelle mit äusserem lichtelektrischem Effekt.
Das w ichtigste Problem bei der Herstellung von Photozellen besteht bekanntlich in der Schaffung einer lichtempfindlichen Schicht von möglichst hoher Emissionsfähigkeit. Hiebei gilt es einerseits, die Austrittsarbeit herabzusetzen, anderseits die Quantenausbeute zu steigern.
Die Austrittsarbeit kann bekanntlich durch Verwendung sogenannter Kunstschichten"sehr stark herabgedrückt werden. Diese bestehen aus der Aufeinanderschichtung eines metallischen Trägers (meist Silber), einer elektronegativen, meist aus einer chemischen Verbindung (Oxyd oder Fluorid) oder auch unmittelbar aus adsorbiertem Sauerstoff bestehenden Zwischenschicht und einer möglichst einatomigen, aus einem stark elektropositiven Material (Erdalkali-oder Alkalimetall, besonders Cäsium) bestehenden Deckschicht.
Schichten dieser Art ergeben auf Grund ihrer geringen Austrittsarbeit bereits sehr hohe Emission ; die Quantenausbeute ist bei ihnen jedoch in ihrer bisherigen Form noch ziemlich gering. Die Erfindung betrifft eine Photozelle mit derartiger Kunstschicht, bei welcher die erzielbare Quantenausbeute auf ein Mehrfaches gesteigert ist. Gleichzeitig ist die Schicht dieser Zelle sehr unempfindlich gegenüber Ionenaufprall, so dass sie sogar einer Glimmentladung unbedenklich ausgesetzt werden kann.
Gemäss der Erfindung wird als Träger der lichtempfindlichen Schicht eine Metallunterlage benutzt, die vor dem Aufbringen der oben beschriebenen, eigentlich wirksamen Schichten auf chemischem oder physikalischem Wege einer Aufrauhung unterzogen worden ist. Hiedurch wird erreicht, dass diese Metallunterlage bei der weiteren Behandlung eine viel höhere chemische Aktivität gewinnt und dass sich infolgedessen die Stellen höchster Lichtempfindliehkeit nicht wie bisher nur stellenweise über die Kathode verstreut finden, sondern dass die ganze Fläche die Fähigkeit extremer Elektronenemission annimmt. Darüber hinaus tritt überraschenderweise eine weitere Herabdrückung der Austrittsarbeit ein, deren Grund vorläufig noch nicht aufgeklärt werden konnte.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Photozellen die Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht durch Anbringung künstlicher Erhöhungen und Vertiefungen zu vergrössern. Hiebei ging man jedoch auf die makroskopischen Oberflächensteigerungen sowie die Erzielung von Spitzenwirkungen aus, während es sich beim vorliegenden Verfahren um eine mikroskopische Aufrauhung handelt, bei der lediglich die chemische Aktivität der Metallunterlage erhöht wird.
Ein erfindungsgemäss aufgerauhtes kathodisches Unterlagemetall kann auf physikalischem Wege durch Behandlung mit dem Sandstrahlgebläse oder durch Schütteln mit einer geeigneten Aufschwemmung
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durch Aufbringen einer rauhen Deckschicht oder auch dadurch erfolgen, dass man die Oberfläche der metallischen Trägerschicht zunächst in eine chemische Verbindung überführt und diese dann wiederum zur Zersetzung in das Metall und in leicht entfernbare (insbesondere gasförmige) Bestandteile bringt. Selbstverständlich kann man die Aufrauhung gleichzeitig mit der Herstellung der Unterlagemetallsehieht vornehmen. Der Erfolg der Aufrauhung ist stets um so besser, je samtiger und chemisch aktiver die Oberfläche der Trägerschicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung von erfindungsgemässen Zellen sei im folgenden näher beschrieben : Das in normaler Weise mit einer drahtförmigen Anode und einem als Kathode dienenden Silberblech ausgerüstete Zellengefäss wird an die Pumpe angeschmolzen und entgast. Hierauf wird Sauerstoff unter geringem Druck eingefüllt und eine Glimmentladung zwischen den beiden Elek-
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troden erzeugt, bei der sich das Silberbleeh mit einer Oxydschicht überzieht. Anschliessend wird die Zelle bis an die Erweichungsgrenze erhitzt, wobei das Oxyd nieder vollkommen zerfällt und eine sehm am-
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aus, aber nicht mehr mattgelb (wie bei den bisherigen Kunstschichtzellen).
Der entscheidende, neu eingeführte Schritt besteht also bei dieser Herstellungsart von erfindungsgemässen Zellen in dem ersten Oxydationsvorgang und der anschliessenden Reduktion. Statt die Aufrauhung durch Erzeugung und Reduzierung eines Oxydes hervorzurufen, kann hiefür natürlich ebensogut die Erzeugung und Zerstörung irgendeiner andern chemischen Verbindung, so z. B. eines Chlorides, eines Bromides, einer Schwefelverbindung od. dgl., verwendet werden.
Während die mit Kunstschichten in gasgefüllten Zellen beobachteten Empfindlichkeiten bei normaler Belastung bisher im Mittel etwa 50 Mikroampere pro Lumen betrugen, kann mit erfindunggemässen Photozellen bei normalen Gasfüllungen und Elektrodenanordnungen eine Empfindlichkeit von mehr als 100 Mikroampere pro Lumen serienmässig mit Sicherheit erzielt werden.
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Photocell with external photoelectric effect.
The most important problem in the production of photocells is known to be the creation of a light-sensitive layer with the highest possible emissivity. It is important to reduce the work function on the one hand, and to increase the quantum yield on the other.
As is well known, the work function can be reduced very strongly by using so-called artificial layers. These consist of the stacking of a metallic carrier (usually silver), an electronegative intermediate layer, usually composed of a chemical compound (oxide or fluoride) or directly consisting of adsorbed oxygen, and an intermediate layer If possible, monatomic cover layer consisting of a strongly electropositive material (alkaline earth or alkali metal, especially cesium).
Layers of this type already produce very high emissions due to their low work function; however, their quantum yield is still quite low in its previous form. The invention relates to a photocell with such an artificial layer, in which the achievable quantum yield is increased several times. At the same time, the layer of this cell is very insensitive to ion impact, so that it can even be safely exposed to a glow discharge.
According to the invention, a metal substrate is used as the support for the photosensitive layer, which has been subjected to a chemical or physical roughening prior to the application of the actually effective layers described above. This ensures that this metal base gains a much higher chemical activity during further treatment and that, as a result, the points of highest light sensitivity are not only scattered over the cathode as before, but that the entire surface assumes the ability of extreme electron emission. In addition, surprisingly, there is a further reduction in the work function, the reason for which has not yet been clarified.
It has already been proposed to enlarge the surface of the light-sensitive layer in photocells by adding artificial elevations and depressions. In doing so, however, the starting point was the macroscopic surface increases and the achievement of peak effects, while the present method involves microscopic roughening in which only the chemical activity of the metal substrate is increased.
A cathodic base metal roughened according to the invention can be physically removed by treatment with a sandblasting blower or by shaking with a suitable suspension
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by applying a rough cover layer or by first converting the surface of the metallic carrier layer into a chemical compound and then causing this in turn to decompose into the metal and into easily removable (especially gaseous) components. Of course, the roughening can be carried out at the same time as the production of the metal base. The success of the roughening is always the better, the more velvety and chemically active the surface of the carrier layer becomes.
An exemplary embodiment for the production of cells according to the invention is described in more detail below: The cell vessel, which is normally equipped with a wire-shaped anode and a silver sheet serving as a cathode, is melted onto the pump and degassed. Oxygen is then filled in under low pressure and a glow discharge between the two elec-
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troden generated, in which the silver sheet is covered with an oxide layer. The cell is then heated up to the softening limit, whereby the oxide decomposes completely and a
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off, but no longer dull yellow (as with the previous artificial layer cells).
The decisive, newly introduced step in this type of production of cells according to the invention thus consists in the first oxidation process and the subsequent reduction. Instead of causing the roughening by the production and reduction of an oxide, the production and destruction of any other chemical compound, e.g. B. a chloride, a bromide, a sulfur compound or the like. Can be used.
While the sensitivities observed with artificial layers in gas-filled cells under normal load averaged around 50 microamps per lumen, with photocells according to the invention with normal gas fillings and electrode arrangements a sensitivity of more than 100 microamps per lumen can be achieved with certainty as standard.