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Verfahren zur Herstellung einer photoelektrischen Zelle.
Im Patent Nr. 136262 ist eine photoelektrisehe Zelle beschrieben, deren Kathode mit einer
Schicht versehen ist, in der neben Teilchen einer chemischen Verbindung Teilchen eines photo- elektrischen Stoffes enthalten sind. Diese Elektrode kann z. B. aus einer Kalziumfluoridschicht auf- gebaut sein, die an der Oberfläche mit Cäsium überzogen wird. Bei Erhitzung der Zelle in verschlossenem
Zustand, z. B. auf 2000 C, dringt das Cäsium in die Kalziumfluoridschicht ein, so dass die Kalziumfluoridteilchen und die Cäsiumteilchen gut miteinander vermischt sind, während sich auf dieser gemischten Schicht eine Cäsiumschicht bildet.
Im Zusatzpatent Nr. 145079 zum vorgenannten Patent ist eine Zelle beschrieben worden, in der die den photoelektrischen Stoff tragende Schicht neben Teilchen des photoelektrischen Metalls und Teilchen eines andern leitenden Stoffes, z. B. Silber, auch noch Teilchen des Oxyds des photoelektrischen Metalls enthält. Bei der Herstellung dieser Zelle verfährt man z. B. wie folgt. In der Zelle wird eine Silberoxydschicht gebildet, wonach ein Überschuss an Cäsium in die Zelle eingeführt wird, die dann, während sie nicht mit einer Vakuumpumpe verbunden, sondern geschlossen ist, auf eine solche Temperatur erhitzt wird, dass das Silberoyxd reduziert und ein Gemisch von Silberteilchen und Cäsiumoxydteilchen gebildet wird. Man gibt dann dem Cäsiumüberschuss Gelegenheit, in das gebildete Gemisch einzudringen.
Zu diesem Zweck kann die Zelle vorteilhaft leicht erhitzt werden. Dabei setzt sich auf der gebildeten gemischten Schicht auch eine dünne Cäsiumschicht ab.
Bekanntlich kann der Überschuss an lichtelektrischem Stoff, der nach der Bildung der photoelektrischen Elektrode noch in der Zelle vorhanden ist, die guten Eigenschaften der Zelle beeinträchtigen.
Man hat daher bereits vorgeschlagen, diesen Überschuss dadurch zu beseitigen, dass in die Zelle eine Substanz eingeführt wird, die den Überschuss an lichtelektrisehem Stoff binden kann. Zu diesem Zweck hat man z. B. Kohlenstoff verwendet, der das photoelektrische Material absorbiert. Auch sind bereits chemische Verbindungen benutzt worden, die mit dem zu beseitigenden Stoff eine Reaktion eingehen. Diese chemische Verbindung wird dann z. B. auf dem Füsschen der Zelle angebracht, während in andern Fällen dieses Füsschen selbst aus einem Glase, z. B. Bleiglas, hergestellt werden kann, das mit dem lichtelektrischen Stoff reagieren kann.
Versuche haben nun gezeigt, dass bei Anwendung solcher Verfahren bei der Herstellung der Photozellen der vorgenannten Gattung, bei denen die liehtelektrisehe Elektrode eine Schicht aufweist, in der Teilchen einer chemischen Verbindung und eines photoelektrischen Stoffs enthalten sind, Schwierigkeiten auftreten können. Es zeigt sich nämlich, dass der photoelektrisehe Stoff in vielen Fällen nicht in die Schicht eingedrungen ist, sondern mit Ausnahme einer geringen von der Kathode adsorbierten Menge, vollständig durch die Substanz aufgenommen ist, die den Überschuss an photoelektrischem Stoff beseitigen soll. Bei Verwendung von Kohlenstoff erfolgt die Adsorption des lichtelektrischen Stoffes bereits bei Zimmertemperatur in beträchtlichem Masse.
Es kann demzufolge vorkommen, dass das photoelektrische Material durch den Kohlenstoff beseitigt worden ist, bevor es in die gemischte Schicht der photoelektrischen Elektrode hat eindringen können.
Wenn eine chemische Verbindung zur Beseitigung des Überschusses an lichtelektrischem Stoff benutzt wird, so erfolgt durch die zur Bildung der Kathode erforderliche Erhitzung der Zelle die
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chemische Reaktion zwischen der in die Zelle eingeführten Substanz und dem lichtelektrischen Stoff häufig bereits, bevor dieser Stoff in genügendem Masse in die Kathode eingedrungen ist.
Die Erfindung bezweckt die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer photoelektrischen Zelle mit einer Elektrode, die eine Schicht aufweist, in der Teilchen einer chemischen Verbindung und eines photoelektrischen Stoffes enthalten sind und bei welcher der Überschuss an lichtelektrischem Stoff durch eine Substanz beseitigt wird, die in einem solchen Zustand in die Zelle eingeführt wird, dass sie den lichtelektrischen Stoff nicht binden kann.
Erst nachdem die Schicht, in der die Teilchen einer chemischen Verbindung und eines photoelektrischen Stoffes enthalten sind, gebildet worden ist, wird sie in einen Zustand übergeführt, in dem die Bindung des lichtelektrischen Stoffes möglich ist. Hiedureh hat man also den Zeitpunkt, in dem diese Substanz ihre Aufgabe erfüllen wird, vollkommen in der Hand. Es kann somit leicht vermieden werden, dass der Überschuss an photoelektrischem Stoff zu früh beseitigt wird.
Erfindungsgemäss wird die Substanz zur Bindung des Überschusses an photoelektrischem Stoff dadurch befähigt, dass ihre mit dem photoelektrischen Stoff in Dampfform in Berührung stehende Oberfläche vergrössert wird.
Vorteilhaft kann die Substanz derart in der Zelle angebracht werden, dass sie von dem Raum, in dem die gemischte Schicht gebildet wird, getrennt ist, wobei der Verschluss nach der Bildung dieser Schicht zerstört wird. Man kann die Substanz z. B. in eine Glasperle, die beispielsweise mit einer zerbrechlichen Spitze versehen ist, einschliessen und diese Perle in der Zelle anbringen. Nachdem die gemischte Schicht gebildet worden ist, kann die Wand der Perle zerstört werden, so dass der Überschuss an lichtelektrischem Stoff mit der Substanz in Berührung kommt.
Auch ist es möglich, die Substanz in einem Metallbehälter in die Zelle einzuführen und diesen Behälter nach der Bildung der gemischten Schicht mittels induzierter Ströme derart zu erhitzen, dass er geöffnet wird.
Eine andere Möglichkeit der Befestigung der Substanz in der Zelle besteht darin, dass sie in Form eines kompakten Körpers, z. B. eines Stabes, in der Nähe eines Heizkörpers in der Zelle angeordnet wird. Dieser Heizkörper kann z. B. aus einem sehraubenlinienförmig gewundenen Heizdraht bestehen, innerhalb dessen die Substanz in Form eines Stabes angeordnet ist. Die Oberfläche der Substanz ist so gering, dass bei der Bildung der Schicht praktisch keine Bindung des pliotoelektrisehen Stoffes erfolgt. Erst wenn ein Strom durch den Heizkörper hindurchgeführt und die Substanz verdampft wird, was nach der Bildung der gemischten Schicht geschieht, wird der Überschuss an lichtelektrischem Stoff ganz beseitigt werden können.
In den Fällen, in denen die Substanz verdampft wird, soll dafür Sorge getragen werden, dass sie an Stellen kondensiert, an denen sie der Wirkung der Zelle nicht schaden kann. Eine geeignete Stelle zur Verdampfung der Substanz ist z. B. der Raum um das Füsschen der Zelle herum. Wenn nötig, kann durch Verwendung von Schirmen dafür Sorge getragen werden, dass sich die Substanz nicht zwischen den Zuführungsdrähten absetzt, die gegebenenfalls durch die Quetschstelle nach aussen geführt sind.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, die beispielsweise eine photoelektrische Zelle gemäss der Erfindung darstellt, näher erläutert.
Die dargestellte Zelle hat eine kugelförmige Wand 1, an der ein Füsschen 2 festgesehmolzen ist.
Auf der inneren Seite der kugeligen Wand ist die Kathode angeordnet, die aus einer Silbersehicht 3 besteht, auf der eine Schicht 4 angebracht ist, die aus einem Gemisch von Silberteilchen, Cäsiumteilchen und Teilchen von Cäsiumoxyd besteht. Diese Schicht 4 trägt eine dünne adsorbierte Cäsiumsehieht 5. Ein Teil 6 der Zellwand ist nicht mit dem Kathodenmaterial bedeckt. Dieser Teil 6 bildet das Fenster, durch das die Lichtstrahlen eintreten können. Auf der Quetschstelle 7 des Füsschens ist die Anode 8 angeordnet, welche die Form eines beinahe geschlossenen Ringes aufweist und mit den Stromzuführungsdrähten 9 und 10 verbunden ist.
An der Quetschstelle 7 ist mittels des Stützdrahtes 11 ein Metallbehälter oder eine Kapsel 12 befestigt, die eine Menge Zinn oder Blei enthält. In kurzer Entfernung oberhalb dieses Behälters ist ein Glimmerschirm 13 angeordnet.
Bei der Herstellung der Zelle kann man wie folgt vorgehen. Mittels eines durch die Drähte 9 und M zugeführten Stromes wird die Anode derart erhitzt, dass eine auf ihr vorher angebrachte Silbermenge verdampft, sich auf der Wand der Zelle niederschlägt und dort die Schicht 3 bildet. Mittels Schirmen kann dafür Sorge getragen werden, dass kein Silberniederschlag an ungewünsehten Stellen gebildet wird. Nachdem ein wenig Sauerstoff in die Zelle eingelassen worden ist, wird eine elektrische Entladung zwischen der als Kathode dienenden Schicht 3 und der Anode 8 herbeigeführt. Hiedurch wird an der Oberfläche der Schicht 3 eine Schicht aus Silberoxyd gebildet. Nach Entfernung des überschüssigen Sauerstoffes wird eine Menge Cäsium in die Zelle eingeführt.
Diese Cäsiummenge kann in Dampfform zugeführt oder aber in der Zelle aus einer Cäsiumverbindung entwickelt werden. Das Cäsium setzt sich unter anderem auf der gebildeten Oxydschicht ab. Die Zelle wird nunmehr auf etwa 200 C erhitzt, bei welcher Erhitzung sie nicht mit der Vakuumpumpe in Verbindung steht. Hiebei erfolgt eine Reduktion des Silberoxyds ; die Folge ist die Bildung eines Gemisches von Silberteilchen
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und Cäsiumoxydteilchen. Während und nach der Bildung dieses Gemisches wird der Cäsiumüberschuss in den Stand gesetzt, in das Gemisch einzudringen. Dieses Eindringen kann dadurch beschleunigt werden, dass die Zelle z. B. auf 100 C erhitzt wird, wobei die Zelle wiederum nicht an eine Vakuumpumpe angeschlossen sein darf.
Auf diese Weise erhält man die Schicht 4, in der Silberteilchen, Cäsiumteilchen und Cäsiumoxydteilchen in vermischtem Zustand enthalten sind. Ein Teil des vorhandenen Cäsiums wird an der Schicht 4 adsorbiert, so dass die dünne Cäsiumschicht 5 entsteht.
Der Cäsiumüberschuss muss nunmehr beseitigt werden, was mittels der in der Kapsel 12 enthaltenen Substanz erfolgt. Zu diesem Zweck wird der untere Teil der Zelle in ein Hochfrequenzmagnetfeld gebracht, so dass in der Metallkapsel Wechselströme induziert werden, welche die Kapsel teilweise schmelzen und die in der Kapsel vorhandene Substanz verdampfen lassen. Diese Substanz, die wie eingangs bemerkt, aus Zinn oder Blei bestehen kann, setzt sich dabei in Form einer dünnen Schicht auf der Wand der Zelle in der Umgebung der Kapsel ab. Der Schirm 13 verhindert die Substanz, in den Teil der Zelle vorzudringen, in dem die photoelektrische Elektrode angeordnet ist, oder sich auf der Quetschstelle abzusetzen.
Der Cäsiumüberschuss wird nun durch diese dünne Metallschieht gebunden, da sich das Zinn oder das Blei mit dem Cäsiumüberschuss legiert. Die Bildung dieser Legierung erfolgt bereits bei Zimmertemperatur.
Die in der Kapsel enthaltene Substanz braucht nicht immer aus Zinn oder Blei zu bestehen.
Man kann auch andere Metalle verwenden, die mit dem lielhtelektrisehen Stoff eine Legierung bilden können. Auch kann man im Anschluss an die bekannten Verfahren chemische Verbindungen, z. B. Bleioxyd, verwenden, die mit dem photoelektrisehen Stoff reagieren können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer photoelektrisehen Zelle mit einer Elektrode, die eine Schicht besitzt, in der Teilchen einer chemischen Verbindung und eines photoelektrischen Stoffes enthalten sind, nach Patent Nr. 136262, wobei der Überschuss an photoelektrischem Stoff durch eine Substanz beseitigt wird, die in einem solchen Zustand in die Zelle eingeführt wird, dass sie den Überschuss nicht binden kann, und die erst nachdem die genannte Schicht gebildet worden ist, zur Wirkung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bindung des Überschusses ihre mit dem photoelektrisehen Stoff in Dampfform in Berührung stehende Oberfläche wesentlich vergrössert wird.