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Photoelektrische Zelle.
Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrisehe Zelle, u. zw. auf jene Art von photoelektrischen Zellen, in der sieh eine Elektrode befindet, die einen photoaktiven Stoff enthält, der bei Bestrahlung Elektronen emittieren kann, wobei die Anzahl der emittierten Elektronen von der Stärke der Bestrahlung abhängig ist.
Die Anmelderin hat bereits vorgeschlagen, zwischen dem photoaktiven Stoff und einer die photoaktive Elektrode tragenden Unterlage eine Zwischenlage anzubringen, in der sich eine chemische Verbindung befindet, die zweckmässig derart gewählt ist, dass der photoaktive Stoff, z. B. Cäsium, von der.
Zwischenlage besser als von der Unterlage adsorbiert wird, Die chemische Verbindung kann vorteilhaft aus einem Oxyd oder einem Halogenid, z. B. Calciumfluorid, bestehen.
Die Anmelderin hat gefunden, dass der elektrische Widerstand einer derartigen photoaktiven Elektrode sehr gross sein kann, wodurch die Empfindlichkeit der Zelle beeinträchtigt wird, Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieses Übelstandes und die Verringerung des Widerstandes der photoaktiven Elektrode.
Gemäss der Erfindung weist die Zwischenschicht auch elektrisch leitende Teilchen auf, welche mit der genannten chemischen Verbindung vermischt sind. Der elektrische Widerstand einer solchen Elektrode ist erheblich kleiner als der einer Elektrode, bei der sieh in der Zwischenlage keine leitenden Teilchen befinden. Diese Teilchen kann man mit gutem Erfolg aus Teilchen des photoaktiven Stoffs bestehen lassen und zu diesem Zweck kann man den photoaktiven Stoff in die Zwischenlage eindringen lassen. Es wird dadurch überdies eine Vergrösserung der Elektronenemission erzielt, was anscheinend davon herrührt, dass auch durch das durchfallende Licht in der Elektrode Elektronen freigemacht werden.
Das Eindringen des photoaktiven Stoffs in die Zwischenlage kann, nachdem photoaktiver Stoff auf die Zwischenlage aufgebracht und die Zelle geschlossen worden ist, durch Erhitzung der Zelle bewirkt werden.
Das Eindringen des photoaktiven Stoffs in die Zwisehenlage kann dadurch erleichtert werden, dass man diese Lage Teilchen eines andern leitenden Stoffs enthalten lässt. Auch kann der Widerstand der photoaktiven Elektrode durch diese leitenden Teilchen noch weiter herabgesetzt werden.
Diegeniäss dererfindung benutzte Zwischenlage kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Die chemische Verbindungund die leitenden Teilchen können durchgleichzeitige Verdampfung dieser Verbindung und eines leitenden Stoffs auf die Unterlage aufgebracht werden. Diese Stoffe können in der Zelle, z. B. auf einer Elektrode, vorgesehen sein. Die Zwischenlage wird zweckmässig durch eine chemische Reaktion gebildet, wobei die reagierenden Stoffe durch Verdampfung auf die Unterlage gebracht sein können.
Es kann dabei vorteilhaft von einem schwer zu verflüchtigenden Metall ausgegangen werden, das zusammen mit einer chemischen Verbindung eines leicht zu verflüchtigenden Metalls und eines negativen Bestandteils, der mit dem schwerflüchtigen Metall eine leicht zu verflüchtigende Verbindung bilden kann, in der Zelle, zweckmässig in Vakuum, erhitzt wird. Die benutzten Ausgangsstoffe werden dabei derart gewählt, dass die verdampfenden Stoffe eine Reaktion eingehen, bei der auf der Unterlage die Ausgangsstoffe wenigstens teilweise und in fein zerteiltem, vermischtem Zustand wieder gebildet werden.
Dem Gemisch, das in der Zelle erhitzt wird, kann auch ein anderer Stoff zugesetzt sein, der die chemische Reaktion fördert oder teilweise andere Produkte entstehen lässt,
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Es ist auch möglich, die in der Zwischenlage vorhandene chemische Verbindung und den photoaktiven Stoff, gegebenenfalls auch andere leitende Teilchen, gleichzeitig auf der Unterlage anzubringen.
Zu diesem Zweck kann vorteilhaft der photoaktive Stoff in der Zelle oder in einem mit dieser verbundenen Raum durch Erhitzung eines Gemisches entwickelt werdep, das eine Verbindung des photoaktiven Stoffs, z. B. Cäsiumchromat, und ein Reduktionsmittel, z. B. Zirkonium, enthält, wobei im Gemisch auch eine chemische Verbindung, z. B. Natriumfluorid,-vorhanden ist, die während dieser Erhitzung verdampft oder mit dem vorhandenen Reduktionsmittel eine Reaktion eingeht, wie im vorhergehenden Absatz beschrieben.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der eine photoelektrische Zelle gemäss der Erfindung beispielsweise schematisch dargestellt ist. In dieser Zeichnung ist Fig. 1 ein Schnitt und Fig. 2 eine Einzeldarstellung dieser photoelektrischen Zelle.
Die dargestellte photoelektrische Zelle hat eine Wand 1, z. B. aus Glas, auf der eine Schicht 2 eines photoaktiven Stoffs, z. B. eines Alkalimetalls, angebracht ist. Diese Schicht 2 ist jedoch nicht
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Stromzuleitungsdraht 4 in Verbindung, der durch die Wand der Zelle nach aussen geführt ist. Auf dem in der photoelektrischen Zelle befindlichen Füsschen 5 ist eine Elektrode 6 angeordnet, die wie aus Fig. 2 ersichtlich, die Form eines nahezu geschlossenen Ringes aufweist und mit den Stromzuleitungsdrähten 7 und 8 verbunden ist.
Nachstehend wird nun ein Verfahren beschirieben, mittels dessen die Zwischenlage 3 hergestellt werden kann und die leitenden Teilchen in fein zerteiltem Zustand mit der chemischen Verbindung vermischt in der Zwischenlage angebracht werden können. Bevor die Elektrode 6 in die Zelle eingebracht wird, wird diese Elektrode mit einem Gemisch bedeckt, das ein schwer zu verflüchtigendes Metall und eine Verbindung eines leichtflüchtigen Metalls mit einem andern Bestandteil enthält, der mit dem schwer zu verflüchtigenden Metall eine leichtflüchtige Verbindung bilden kann. Das Gemisch kann z. B.
Wolfram und Calciumfluorid enthalten, Nachdem die Zelle entlüftet worden ist, wird das auf die Elektrode 6 aufgebrachte Gemisch erhitzt, was dadurch erfolgen kann, dass mit Hilfe der Stromzuleitungsdrähte 7 und 8 ein Heizstrom durch die Elektrode 6 geleitet wird. Infolge dieser Erhitzung werden die im Gemisch
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vorhandene leichtflüchtige Metall (im vorliegenden Fall Wolframfluorid und Calcium) verdampfen von der Elektrode. Infolgedessen erfolgt die Reaktion, die umkehrbar ist, wie in der Gleichung angegeben ist. Die verdampften Stoffe schlagen sich auf der Zellenwand nieder und reagieren dabei wieder mit-
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in der Zwischenlage vor, was der Wirkung der photoelektrischen Zelle sehr zugute kommt.
Andere schwer zu verflüchtigende Metalle, die mit Erfolg benutzt werden können, sind z. B. Eisen und Zirkonium und die Verbindung des leicht flüchtigen Metalls, die zusammen mit dem schwer flüchtigen Metall erhitzt wird, kann z. B. Natriumchlorid oder Kaliumchlorid sein,
In vielen Fällen kann es erwünscht sein, dem Gemisch, das in der Zelle erhitzt wird, noch einen andern Stoff zuzusetzen, der die Reaktion fördert oder teilweise andere Produkte entstehen lässt. Zu dem Wolfram und Calciumfluorid enthaltenden Gemisch kann z. B. Siliziumoxyd hinzugefügt werden, wodurch die Reaktionen den folgenden Verlauf haben können :
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Während der Erhitzung des Gemisches ist die Zelle mit der Vakuumpumpe verbunden, wodurch das sehr flüchtige Siliziumfluorid aus der Zelle entfernt wird.
Das Wolframoxyd und das Caleium verdampfen und schlagen sich auf der Zellenwand nieder,
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Durch die Hinzufügung des Siliziumoxyds zu dem auf die Elektrode 6 aufgebrachten Gemisch wird unter anderem vermieden, dass Wolframfluorid mit dem Glas der Wand in Beruhrung kommt, so dass die Zellenwand von der genannten Verbindung nicht angegriffen werden kann.
Nachdem die Zwisehenlage hergestellt worden ist, kann das photoaktive Metall, das z. B., ein Alkalimetall ist, in die Zelle eingebracht werden. Dies ka, nn z. B. durch Verdampfung des Alkalimetalls
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von einem z. B. bei 9 an die Zelle angeschlossenen Seitenröhrchen aus geschehen. Die Alkalimetalle können zweckmässig in der Zelle durch Erhitzung eines Gemisches einer Alkalimetallverbindung entwickelt werden, z. B. eines Oxyds und eines Reduktionsmittels wie Zirkonium, Hafnium, Titanium oder Thorium.
Nachdem der photoaktive Stoff auf die Zwisehenlage aufgebracht worden ist, kann die Zelle abgeschlossen und erhitzt werden. Besteht der photoaktive Stoff aus Cäsium, so kann die Zelle z. B. auf etwa 2000 C erhitzt werden. Infolge dieser Erhitzung der geschlossenen Zelle dringt der photoaktive Stoff in die Zwischenlage, was einen verringerten Widerstand der photoaktiven Elektrode und eine erhöhte Elektronenemission zur Folge hat. Nicht nur der photoaktive Stoff, der sich bei Anfang der Erhitzung auf der Zwischenlage befindet, dringt teilweise in die Zwischenlage ein, sondern auch der auf andern Teilen der Zelle befindliche photoaktive Stoff sucht in diese Lage einzudringen infolge des Umstandes, dass er bei Erhitzung der Zelle verdampft und sich auf der Zwischenlage absetzt.
Das Verfahren, bei dem eine geschlossene, den photoaktiven Stoff enthaltende Zelle erhitzt wird, um den photoaktiven Stoff in die Zwischenlage eindringen zu lassen, kann selbstverständlich auch an einer Zelle angewendet werden, in der der photoaktive Stoff auf einer Zwischenlage aufgebracht ist, die noch keine leitenden Teilchen enthält, sondern ausschliesslich aus einer schlecht leitenden chemischen Verbindung besteht. Die Anmelderin hat jedoch gefunden, dass das Eindringen des photoaktiven Stoffs in die Zwischenlage erleichtert wird, wenn in dieser Lage bereits leitende Teilchen vorhanden sind.
Es ist auch möglich, die in der Zwischenlage vorhandene chemische Verbindung und den photoaktiven Stoff und gegebenenfalls auch andere leitende Teilchen gleichzeitig auf einer Unterlage anzubringen, wodurch der photoaktive Stoff sehr fein mit dem chemischen Stoff und gegebenenfalls mit den leitenden Teilchen vermischt in der Zwischenlage vorhanden sein wird. Es kann hiebei der z. B. aus Cäsium bestehende photoaktive Stoff in der Zelle oder in einem mit dieser verbundenen Raum durch Erhitzung eines Gemisches einer Verbindung des photoaktiven Matalls, z. B. Cäsiumehlorat, und eines Reduktionsmittels, z. B. Zirkonium, entwickelt werden.
Enthält das Gemisch auch eine chemische Verbindung, die bei der Temperatur, auf die das Gemisch erhitzt wird, flüchtig ist, so schlagen sich das freiwerdende photoaktive Metall und diese chemische Verbindung gleichzeitig auf der Unterlage nieder.
Dem Gemisch einer Verbindung des photoaktiven Metalls und des Reduktionsmittels kann auch eine Verbindung eines leicht flüchtigen Metalls, z. B. Natriumfluorid, zugesetzt werden, die mit dem Reduktionsmittel eine ähnliche Reaktion eingeht, wie im vorstehenden für Wolfram und Calciumfluorid beschrieben wurde. Besteht das Gemisch z. B. aus Cäsiumchromat, Zirkonium und Natriumfluorid, so macht das Zirkonium Cäsium aus dem Cäsiumehromat frei, während das Zirkonium mit dem Natriumfluorid Zirkoniumfluorid und Natrium bildet, die verdampfen und auf der Unterlage wieder Zirkonium und Natriumfluorid entstehen lassen.
In der auf der Unterlage gebildeten Schicht befinden sich infolgedessen Zirkonium, Natriumfluorid und Cäsium in fein zerteiltem und sehr gut vermischtem Zustand, während sich an der Oberfläche dieser Schicht eine dünne Schicht Cäsium bilden wird.
Bei der Herstellung der Zwischenlage und dem Einbringen des photoaktiven Stoffs in die Zelle können jene Teile der Zellenwand, auf denen ein Niederschlag unerwünscht ist, auf einer höheren Temperatur gehalten werden als der übrige Teil der Wand. Es kann auf diese Weise ein Fenster 10 gebildet werden, durch das beim Betrieb der Zelle die Lichtstrahlen in die Zelle eintreten können.
Das Fenster 10 kann auch dadurch gebildet werden, dass beim Anbringen der Zwischenlage und beim Einbringen des photoaktiven Stoffs ein Teil der Zellenwand mittels eines Schildes abgeschirmt wird.
Die Zelle, die mit einer Entlüftungsröhre 11 versehen ist, mittels deren sie an die Pumpe angeschlossen werden kann, kann möglichst hoch entlüftet oder mit einem Gas, z. B. einem Edelgas, gefüllt sein.
Beim Betrieb der dargestellten photoelektrischen Zelle wird der Elektrode 6 ein positives Potential in bezug auf die photoaktive Elektrode gegeben und letztere mit Licht bestrahlt, das durch das Fenster 10 in die Zelle eintreten und Elektronen aus der photoaktiven Lage auslösen kann, wobei die Anzahl der emittierten Elektronen von der Stärke des Lichts abhängig ist. Es hat sich herausgestellt, dass die photo- aktive Elektrode der Zelle gemäss der Erfindung eine grosse Elektronenemission zeigen kann und dass der elektrische Widerstand dieser Elektrode gering ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Photoelektrische Zelle mit einer photoelektrischen Kathode, die eine aus einem photoaktiven
Stoff, z. B. Cäsium, bestehende Schicht enthält, welche sich auf einer von einer Unterlage getragenen, eine chemische Verbindung enthaltende Zwischenschicht befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zwischenschicht auch elektrisch leitende Teilchen aufweist, welche mit der genannten chemischen Ver- bindung vermischt sind.