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Verfahren zur Herstellung einer photoelektrischen Zelle.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung der Kathode einer photoelektrischen Zelle bekannt, wobei auf der Innenwand der Zelle zuerst eine Silberschicht angebracht, diese Silberschicht dann oberflächlich oxydiert, darauf eine Menge photoelektrischen Metalls, z. B. Caesium, in die Zelle gebracht und sodann die Zelle, während sie fortwährend mit der Vakuumpumpe in Verbindung steht, auf eine Temperatur von 300 C erhitzt wird.
Nach dem Stammpatent Nr. 136262 ist bereits vorgeschlagen worden, den photoelektrischen Stoff der lichtempfindlichen Elektrode einer photoelektrischen Zelle auf einer Schicht anzubringen, die eine chemische Verbindung und elektrisch leitende Teilchen enthält. Wie dort angegeben, können diese Teilchen aus Teilchen des photoelektrischen Stoffes selbst bestehen, wobei es vorteilhaft ist, dass die Schicht ausser den Teilchen dieses photoelektrischen Stoffes noch Teilchen eines andern leitenden Stoffes enthält. Unter einem photoelektrischen Stoff ist im nachstehenden ein Stoff zu verstehen, der bei Bestrahlung Elektronen emittieren kann.
Die Erfindung hat den Zweck, die Empfindlichkeit einer derartigen photoelektrischen Zelle, d. h. den durch eine bestimmte Bestrahlung der photoelektrischen Elektrode in der Zelle herbeigeführten Strom, zu vergrössern.
Die photoelektrische Zelle enthält ein photoelektrisches Metall, das sich auf einer Schicht befindet, die ausser Teilchen dieses Metalls und Teilchen eines andern leitenden Stoffes auch noch Teilchen des Oxyds des photoelektrischen Metalls enthält. Die auf dieser Schicht befindliche Schicht des photoelektrischen Metalls ist zweckmässig sehr dünn und hat z. B. die Dicke von einem oder einigen Atomen. Die dieses photoelektrische Metall tragende Schicht, d. h. die obenbeschriebene gemischte Schicht, ist zweckmässig dick, z. B. mehr als 100 Moleküle. Als photoelektrisches Metall werden zweckmässig die Alkalimetalle benutzt, aber es können auch andere Stoffe, z. B. die Erdalkalimetalle, wie Barium, verwendet werden.
Eine derartige photoelektrische Zelle wird gemäss der Erfindung auf folgende Weise hergestellt.
In der Zelle wird zunächst eine Schicht eines Metalloxyds, z. B. eine Silberoxydschicht, hergestellt, was durch Oxydation einer z. B. durch Verdampfung im Vakuum gebildeten Metallschicht erfolgen kann. Die Metalloxydschicht kann jedoch auch auf andere Weise hergestellt werden, z. B. durch Verdampfung eines Metalloxyds, das sich auf einem in der Zelle angeordneten Glühkörper befindet. Nach der Herstellung der Metalloxydschicht wird, gegebenenfalls nach Entlüftung der Zelle, ein Überschuss eines photoelektrischen Metalls, z. B. eines Alkalimetalls, in die Zelle eingebracht, worauf die nicht an eine Vakuumpumpe angeschlossene Zelle auf eine solche Temperatur erhitzt wird, dass das Metalloxyd reduziert und ein Oxyd des photoelektrischen Metalls, z. B. Alkalioxyd, gebildet wird.
Dem im Überschuss vorhandenen photoelektrischen Metall wird Gelegenheit gegeben, in das hergestellte Gemisch von Metallteilchen und Oxydteilehen einzudringen. Es ist vorteilhaft, die Zelle zu diesem Zweck etwas zu erhitzen, z. B. auf etwa 100 C, wobei sich auf der hergestellten Schicht auch ein dünnes Alkalimetallhäutchen absetzt.
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Beim Reduzieren des Metalloxyds muss darauf geachtet werden, dass die Zelle nicht so hoch erhitzt wird, dass das Oxyd des photoelektrischen Metalls zerlegt oder verflüchtigt wird oder dass die gebildeten Metallteilehen zusammenbacken.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der eine photoelektrische Zelle gemäss der Erfindung beispielsweise dargestellt ist.
Fig. 1 ist ein Schnitt und Fig. 2 eine Darstellung eines Einzelteiles dieser photoelektrischen Zelle.
Die in Fig. 1 dargestellte photoelektrische Zelle hat eine kugelförmige Wand 1, an die eine Röhre 2 angeschmolzen ist, die mit einem Fuss 3 versehen ist, der die Elektrode 4 der Zelle trägt. Wie aus Fig. 2 deutlich ersichtlich ist, besteht diese Elektrode aus einem nahezu geschlossenen Metallring, dessen Enden mit den Stromzuleitungsdrähten 5 und 6 verbunden sind. Auf der Wand 1 befindet sich eine Silberschiebt 7, die mit dem Stromleitungsdraht 8 in elektrisch leitender Verbindung steht und mit einer dünnen Schicht 9 überzogen ist, die aus gut vermischten Silber-, Caesium-und Caesiumoxydteilchen besteht. Auf dieser Zwischenschicht befindet sich ein dünnes Caesiumhäutchen-M.
Bei der Herstellung der Zelle wird zunächst auf der Wand eine Silberschicht angebracht. Es kann zu diesem Zwecke auf der Elektrode 4, bevor sie in der Zelle angeordnet wird, ein wenig Silber befestigt werden, das nach Entlüftung der Zelle mittels einer an das Entlüftungsröhrchen 11 angeschlossenen Vakuumpumpe durch Erhitzung der Elektrode 4 verdampft wird. Das verdampfte Silber schlägt sich auf der Zellenwand nieder, wobei ein in der Zeichnung nicht dargestellter Schirm den Niederschlag auf einem Teil 12 der Zellenwand verhindert. Dieser Teil 12 bildet das Fenster, durch das hindurch beim Betrieb Lichtstrahlen in die Zelle treten können. Die Silberschicht kann auch auf andere Weise als durch Verdampfung im Vakuum, z. B. durch Niederschlagen aus einer Silberverbindung, erhalten werden.
Nach der Herstellung der Silberschicht wird Sauerstoff, z. B. in Form von Luft, in die Zelle eingelassen, und es wird zwischen der Elektrode 4 und der Silberschicht eine elektrische Entladung herbeigeführt, wodurch die Oberfläche der Silberschicht oxydiert wird. Die Oxydation wird zweckmässig so lange fortgesetzt, bis sich eine ziemlich dicke Silberoxydschicht gleichmässiger Struktur gebildet hat.
Die Zelle wird sodann wieder entlüftet und von der Pumpe abgeschlossen, worauf Caesium im Überschuss in die Zelle eingebracht wird ; dies kann z. B. durch Destillation von einem an das Röhrchen 13 angeschlossenen, nicht dargestellten Behälter aus geschehen. Das Caesium kann auch z. B. durch Erhitzung eines Gemisches einer Caesiumverbindung und eines geeigneten Reduktionsmittels in der Zelle entwickelt werden. Wird nach dem Einbringen des Caesiums die Zelle auf etwa 200 C erhitzt, so wird das Silberoxyd reduziert, und es entsteht Caesiumoxyd. Man muss darauf achten, dass die Zelle bei dieser Erhitzung nicht an die Vakuumpumpe angeschlossen ist, da sonst das Caesium aus der Zelle herausgetrieben werden würde. Ferner darf die Temperatur nicht zu hoch gesteigert werden. Sollte die Zelle z.
B. auf 250 C erhitzt werden, so würde sich das Caesiumoxyd, das die Zusammensetzung Cs20 hat, verflüchtigen und bei höherer Temperatur sogar zerfallen. Die Silberteilchen würden überdies bei dieser hohen Temperatur zusammenschmelzen, so dass sie sich nicht mehr in feinzerteiltem Zustande in der Schicht vorfinden wurden.
Während und nach der Herstellung des Gemisches von Silberteilchen und Caesiumoxyd wird dem Caesiumüberschuss Gelegenheit gegeben, in das Gemisch einzudringen. Dieses Eindringen kann durch Erhitzung der nicht an eine Vakuumpumpe angeschlossenen Zelle z. B. auf 1000 C beschleunigt werden.
Es wird auf diese Weise eine Schicht erhalten, in der Silberteilchen, Caesiumteilehen und Caesiumoxyd in vermischtem Zustand vorhanden sind.
Ein Teil des Caesiums setzt sieh als dünne Schicht auf dieser Zwischenschicht ab. Sollte die Zelle noch freies Caesium enthalten, so kann dieses gegebenenfalls dadurch aus der Zelle entfernt werden, dass letztere mit einer Vakuumpumpe verbunden und kalt entlüftet wird. Die Zelle kann auch mit einem Seitenröhrchen verbunden werden, das gekühlt und dann abgeschmolzen wird. Es kann auch in die Zelle ein Stoff, z. B. feinzerteilter Kohlenstoff, eingebracht werden, der den Caesiumüberschuss absorbieren kann, oder es kann eine chemische Verbindung, z. B. Bleioxyd, benutzt werden, die den Caesiumüberschuss binden kann. Zu diesem Zwecke kann der Fuss der Zelle aus Bleiglas hergestellt werden.
Es ist einleuchtend, dass der photoelektrische Stoff ausser aus Caesium auch aus andern Alkalimetallen oder aus andern Stoffen, z. B. Barium, bestehen kann und dass in der Zwischenschicht auch Teilchen eines andern Metalls als Silber vorhanden sein können.
Die Zelle wird zweckmässig als Hoehvakuumzelle benutzt, aber sie kann auch mit einer Gasfüllung versehen sein.
Die photoelektrische Zelle besitzt eine sehr grosse Empfindlichkeit. In Hoohvakuumzellen können z. B. Ströme von 40 Mikroampere je Lumen erzielt werden. Diese sind etwa zehnmal stärker als die in Hochvakuumzellen gemäss dem Hauptpatent erzielten Ströme. Die Zellen lassen sich überdies so herstellen, dass sie einander vollkommen ähnlich sind, so dass sie sich zur Massenherstellung eignen.