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Verfahren zur Herstellung von photoempfindlichen Körpern mit innerem Photoeffekt zur Verwendung in Photozellen
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geeignet sind, ist die nach diesen Verfahren auf einfache Weise zu erzielende reproduzierbare Photoemp- findlichkeit im allgemeinen verhältnismässig niedrig, wodurch man häufig gezwungen ist, die Abmessun- gen der Photozelle unzweckmässig gross zu wählen, um die für die praktische Anwendungen erwünschten photoempfindlichen Eigenschaften erhalten zu können. Ausserdem ist eine reproduzierbare Aktivierungsbehandlung, unter anderem durch die Anwesenheit der Elektroden, schwer durchführbar und es ist die Stanzbearbeitung mit Rücksicht auf die Haftung am Träger, insbesondere wenn man kleine Zellen'erhal- ten will, weniger geeignet.
Auch wurde bereits vorgeschlagen, photoempfindliche Körper dadurch herzustellen, dass photoempfindliche Körner mit Hilfe eines organischen Bindemittels, oder durch eine Preys- un Sinterbehandlung ohne Verwendung eines Bindemittels, zu einem Körper der erwünschten Gestalt vereinigt werden. Zwar sind diese Verfahren geeignet, weil sie eine grosse Freiheit in der Gestaltung zulassen und die photoempfindlichen Körper unmittelbar in der für die Photozelle gewünschten Form ergeben, aber sie sind mit andern ernsthaften Nachteilen verknüpft. Diese Verfahren sind z. B. weniger geeignet zur Herstellung sehr kleiner Photozellen.
Das zuerst erwähnte Verfahren hat ausserdem noch den Nachteil, dass die Photoempfindlichkeit des Körpers in bezug auf diejenige des Ausgangspulvers durch das Vorhandensein des Bindemittels erheblich herabgesetzt wird, während die Zelle durch Nachwirkung des Bindemittels im Laufe der Zeit eine Änderung erfährt. Beim zuletzt erwähnten Verfahren ohne die Verwendung des Bindemittels werden durch die Pressbehandlung die photoempfindlichen Eigenschaften der Körner stark beeinträchtigt. Diese Eigenschaften lassen sich zwar durch eine Nachbehandlung auf hoher Temperatur, z. B. zwischen 5000C und 1000 C, bei der die photoempfindlichen Körner zusammengesintert werden, teilweise wiedergewinnen, aber diese Temperaturbehandlung hat wiederum bedeutende Nachteile und Bedenken zur Folge.
Zum Erhalten einer hohen Photoempfindlichkeit bei geeignetem Dunkelwiderstand ist es nämlich sehr wichtig, dass die photoempfindliche Substanz oder der photoempfindliche Körper möglichst wenig verunreinigt wird, wenn sie bzw. er noch auf eine hohe Temperatur erhitzt werden muss, weil dabei diese Verunreinigungen eingebaut werden könnten. Bei der Pressbearbeitung, die der Temperaturbehandlung vorangeht, ist der photoempfindliche Körper in allseitiger Berührung mit der Presse, die im allgemeinen eine ernsthafte Quelle von Verunreinigungen bildet. Die Gefahr und das Ausmass der Verunreinigung ist dabei umso grösser, je kleiner die Querabmessungen bei gegebener Dicke des Körpers sind.
Weiters erweist es sich bei dieser Temperaturbehandlung als sehr wichtig, dass jeder photoempfindliche Körper die Einwirkung der Temperatur und der Atmosphäre, in der die Behandlung erfolgt, in genau gleicher Weise erfährt.
In der Praxis ist es jedoch nahezu undurchführbar, grössere Zahlen solcher Zellen derart im Erhitzungsraum anzuordnen, dass diese Bedingungen erfüllt werden, wodurch in der Praxis die gegenseitigen Unterschiede der photoempfindlichen Eigenschaften zwischen den so behandelten Körpern sehr gross werden.
Die Erfindung bezweckt unter anderem ein Verfahren zu schaffen, das sich zur Massenfertigung von Photozellen mit guten photoempfindlichen Eigenschaften und niedrigen Herstellungskosten eignet und das viel Freiheit für eine zweckmässige Bemessung und Gestaltung der Photozelle gibt, und sich insbesondere
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HerstellungDie Aktivierung ist bei polykristallinem Material im allgemeinen viel leichter durchführbar als bei einem einkristallinen Material.
Dadurch, dass beim Verfahren nach der Erfindung zunächst ein Ausgangskörper gebildet wird, aus dem viele Einzelkörper herstellbar sind, und die Nachbehandlung auf hoher Tempera-
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Sinterverfahren, bei dem jeder der photoempfindlichen Körper allseitig mit den Pressflächen in Berührung kommen würde, während beim Verfahren nach der Erfindung die Säge- oder Schleifbearbeitung keine wirksame Quelle von Verunreinigungen bilden kann, indem die photoempfindlichen Eigenschaften durch die Säge- oder Schleifbearbeitung praktisch nicht beeinträchtigt werden und eine Nachbehandlung bei hoher Temperatur nach der Säge- oder Schleifbearbeitung sich erübrigt.
Dadurch, dass beim Verfahren nach der Erfindung die Sinterbehandlung am Ausgangskörper durchgeführt wird, ergibt sich der weitere wichtige Vorteil, dass durch eine einfache Einrichtung eine gleichmässige Einwirkung der Temperatur und der Atmosphäre auf nahezu den ganzen Ausgangskörper verwirklichbar ist, wodurch die aus dem Ausgangskörper herzustellenden photoempfindlichen Körper praktisch keine Unterschiede in den photoempfindlichen Eigenschaften aufzuweisen brauchen. Die Wahl einer genau gleichen Anordnung für die unterschiedlichen Ausgangskörper ermöglicht auch ein hohes Mass der Reproduzierbarkeit der photoempfindlichen Eigenschaften dieser Körper.
Weil das Verfahren nach der Erfindung ausserdem viel Freiheit in der Gestaltung und der Wahl der Abmessungen ergibt, lässt sich gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung die Reproduzierbarkeit noch dadurch steigern, dass die Photoempfindlichkeit des Ausgangskörpers nach dem Sintern gemessen wird und je nach dem Ergebnis dieser Messung der Abstand zwischen den Elektroden und bzw. oder die Abmessungen der Elektroden, z. B. ihre Länge, so gewählt werden, dass sich eine Photozelle mit einer. Photoemp- findlichkeit innerhalb der erwünschten Grenzen ergibt.
Die Erfindung liefert weiter die überraschende Erkenntnis, dass gepresste und gesinterte Körper, sogar wenn sie in Form sehr dünner Streifen mit einer Dicke von einem Millimeter oder weniger vorhanden sind und sogar wenn diese Körper aus einem spröden Material, wie z. B. Kadmiumsulfid und Kadmiumselenid, bestehen, sich ausgezeichnet durch eine Säge- oder Schleifbehandlung unterteilen lassen, wobei genau begrenzte und scharf definierte Säge- oder Schleifflächen erhalten werden. Vorzugsweise findet eine Säge-oder Schleifbearbeitung Anwendung, bei der ein dünner langgestreckter Streifen oder Draht, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Schleifmittel, wie einer Schleifflüssigkeit oder Schleifpaste, an der betreffenden Schneidestelle in bezug auf den Ausgangskörper eine Hin- und Herbewegung durchführt.
Zur Versteifung und Festsetzung des Ausgangskörpers während der Säge-oder Schleifbearbeitung wird vorzugsweise der Ausgangskörper vor dieser Bearbeitung mit einem Wachs- oder Harzüberzug versehen und in diesem Zustand auf einem Träger angeordnet.
Nach der Säge- oder Schleifbearbeitung ist dieser Wachs- oder Harzüberzug wieder einfach beseitig-
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Durchschneidung mit Hilfe eines sich ständig in der gleichen Richtung fortbewegenden Drahtes, der selber die Schleifmasse trägt oder in Verbindung mit einer Schleifpaste oder Schleifflüssigkeit Anwendung findet, oder mit Hilfe einer schnell drehenden Scheibe durchzuführen, deren Umfang die durchzuschneidende Stelle berührt. Die betreffenden Säge- und Schleifbearbeitungen sind an sich bereits bekannt, z. B. zur Herstellung von Halbleiterkörpern für Transistoren und Kristalldioden, und diese Verfahren werden hier denn auch nicht näher erläutert.
In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, dass die Anwendung dieser Säge- und Schleifbearbeitung auf gesinterte Körper zum Herstellen von Photozellen, nachdem diese Bearbeitung bei der Herstellung von Transistoren und Kristalldioden bereits bekannt war, schon deshalb nicht auf der Hand lag, weil die Bedingungen für die beiden Fälle völlig verschieden sind. Bei der Herstellung von Photozellen steht z. B. das Ausgangsmaterial als Pulver zur Verfügung, so dass es bei Anwendung der Preys- un Sintertechnik auf der Hand liegt, die Körper unmittelbar in die für ihre Verwendung erwünschte Form zu bringen, während bei der Herstellung von Transistoren und Kristalldioden das Ausgangsmaterial infolge der erforderlichen Vorbehandlungen, z.
B. der Reinigung und der Gestaltung in Einkristallform, in Form grosser Stäbe zur Verfügung steht, so dass für diesen Zweig der Technik eine Unterteilung in kleinere Körper notwendig ist.
Ausserdem schafft die Erfindung die Möglichkeit erheblicher Vereinfachungen bei der Anbringung der Elektroden auf dem photoempfindlichen Körper. Bekanntlich ist die Anbringung der Elektroden eine sehr kritische Bearbeitung, weil die Photoempfindlichkeit der Photozelle nicht nur von der Güte des photoempfindlichen Materials und von der zwischen den Elektroden angelegten Spannung, sondern auch von
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der Länge der Elektroden und insbesondere von dem Abstand der Elektroden voneinander abhängig ist, wo- bei die Photoempfindlichkeit der Zelle von dieser letzten Grösse sogar umgekehrt quadratisch abhän- gig ist.
Die Anbringung der Elektroden erfolgt denn auch vorzugsweise mittels einer sehr genauen Bearbei- tung, wie Aufdampfen, wodurch sich scharf begrenzte Elektroden ergeben, was die zulässige Spannung zwischen den Elektroden erhöht. Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung lässt sich dieAnbringung der Elektroden beim Verfahren nach der Erfindung dadurch erheblich vereinfachen, dass vor der Säge- oder
Schleifbearbeitung auf dem Ausgangskörper ein Elektrodenlinienmuster vorzugsweise durch Aufdampfen angebracht wird, das bei der Säge- oder Schleifbearbeitung mit unterteilt wird, u. zw. so, dass die durch die Säge- oder Schleifbearbeitung erhaltenen photoempfindlichen Körper bereits das für die Zelle er- wünschte Elektrodensystem aufweisen. Es ist z.
B. auf einfache Weise möglich, auf einem streifenförmigen Ausgangskörper in dem für die Elektroden gewünschten Abstand voneinander zwei parallel verlaufende Elektrodenlinien anzubringen und dann den Streifen durch eine Anzahl paralleler Säge- oder Schleifbearbeitungen in einer von der Längsabmessung der Elektrodenlinien abweichenden Richtung, vorzugsweise senkrecht zur Längsabmessung, z. B. im gleichen Abstand voneinander, in mehrere photoempfindliche Körper der erwünschten Form zu unterteilen. Hiebei ergibt sich eine Anzahl kleinerer blockförmige photoempfindlicher Körper, die je auf einer ihrer Seiten in geringem Abstand voneinander die beiden Elektrodenschichten aufweisen.
Eine gesonderte Aufdampfbehandlung jedes der Körper erübrigt sich dadurch und das Mass der Reproduzierbarkeit wird erhöht. Aufgedampfte Schichten sind jedoch äusserst dünn, u. zw. in der Grössenordnung eines Mikrons, wodurch die Wärmeableitung aus dem photoempfindlichen Körper schlecht ist, so dass die bekannten Zellen meist eine verhältnismässig geringe Leistungsbelastbarkeit aufweisen. Die Form der durch ein solches Verfahren erhaltenen photoempfindlichen Körper und des auf ihnen angebrachten Elektrodensystems bringt jedoch weiters den Vorteil mit sich, dass eine Photozelle erzielbar ist, die eine gute Wärmeableitung und somit eine hohe Leistungsbelastbarkeit aufweist.
Bei einer solchen Photozelle mit einem gesinterten photoempfindlichen Körper nach der Erfindung ist dieser photoempfindliche Körper blockförmig und es sind auf einer Seite des Körpers in geringem Abstand voneinander zwei dünne Elektrodenschichten angebracht, die je mit einer Zuleitung verbunden sind, von denen mindestens eine auch als Haltedraht ausgebildet ist, der über eine dickere elektrisch und thermisch gut leitende Schicht oder Masse mit der betreffenden dünneren Elektrodenschicht verbunden ist. Vorzugsweise sind beide Zuleitungen als Haltedrähte ausgebildet, die je über eine dickere elektrisch und thermisch gut leitende Schicht oder Masse mit den betreffenden dünneren Elektrodenschichten verbunden sind.
Die Anbringung der dickeren Schicht oder Masse auf einem Teil der dünneren Schichten ist einfach und hat keinen Einfluss auf die Photoempfindlichkeit der Zelle, während die dickere Schicht infolge ihrer besseren Wärmeableitung eine hohe Belastbarkeit ermöglicht.
Verschiedene Merkmale der Erfindung werden jetzt an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Fig. l ist eine Draufsicht auf einen Ausgangskörper in Form eines Streifens, auf dem ein Elektrodenlinienmuster angebracht ist, Fig. 2 zeigt schematisch im Schnitt eine Einrichtung für die Säge-und Schleifbearbeitung, Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform einer Photozelle nach der Erfindung und Fig. 4 eine Ansicht einer Einzelheit der Photozelle nach Fig. 3.
Für das photoempfindliche Ausgangsmaterial ist eine reiche Wahl aus den bekannten photoempfindlichen Stoffen möglich die vielfach auch durch die beabsichtigte Verwendung der Photozelle bestimmt wird. Im allgemeinen sind die Chalkogenide, d. h. die Sulfide, Selenide und Telluride der Metalle, wie z. B. Kadmium, Zink, Blei, Quecksilber, besonders geeignet. Kadmiumsulfid und Kadmiumselenid ver- dienen den Vorzug. Im vorliegenden Falle wurde von pulvrigem Kadmiumsulfid ausgegangen, das zuvor mit etwa 2 x 10-4 Grammatom Cu und etwa 2 X 10-4 Grammatom Ga je Grammolekül Cds aktiviert wurde, wonach das Gemisch einige Stunden lang in einer H9S-Atmosphäre auf 8000C erhitzt wurde.
Hiedurch ergab sich ein besonders empfindliches Kadmiumsulfidpulver.
Es sei jedoch bemerkt, dass ein photoempfindliches Pulver auch mit andern Aktivatoren, wie z. B.
Silber und den Halogenen, erhalten werden kann, während weiters die Zeit und die Temperatur. der Nacherhitzung innerhalb weiter Grenzen veränderbar sind.
Aus diesem Ausgangspulver wurde mit einem Pressdruck von 5 t/dmz einausgangskörper in Form eines dünnen Streifens mit den Abmessungen 33 x 11 x 1 mm gepresst. Für die Gleichmässigkeit der photoemp-
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gestaltung eignen sich insbesondere zur Verwendung in einer Photozelle mit guter Wärmeableitung und somit einem hohen Grad von Belastbarkeit.
Fig. 3 stellt eine besonders geeignete Ausführungsform einer Photozelle nach der Erfindung im Schnitt dar. Der blockförmige gesinterte photoempfindliche Körper 13, dessen eine Seite nahezu völlig durch aufgedampfte Elektrodenschichten 14 bedeckt ist, die in der Figur der Deutlichkeit halber übertrieben dick dargestellt sind, ist in der Hülle 15 zwischen zwei auch als Zuleitungen für die Elektrodenschichten dienenden Haltedrähten 16 befestigt, die je über eine auf jedem der zuerst erwähnten dünnen Elektrodenschichten 14 angebrachte dickere elektrisch und thermisch gut leitende Schicht oder Masse 17 mit der betreffendenElektrodenschicht 14 verbunden sind. Bei der sehr vorteilhaften Ausführungsform nach Fig. 3 ist der blockförmige photoempfindliche Körper an beiden Enden in einer z.
B. aus Nickel hergestellten, winkel- oder muldenförmigen Platte 18 befestigt, die durch eine Schweissverbindung mit dem Haltedraht 16 und über die erwähnte thermisch und elektrisch gut leitende Schicht oder Masse 17, die vorzugsweise aus Silberpaste besteht, mit der betreffenden Elektrodenschicht verbunden ist. In Fig. 4 ist der photoemp- findliche Körper mit den Elektrodenschichten 14 in der Draufsicht dargestellt und aus dieser Fig. 4 ist klar ersichtlich, wie der Körper in den winkelförmigen Platten 18 angebracht ist, die über die dickere Schicht 17 mit den dünnen aufgedampften Schichten 14 verbunden sind. Obgleich vorzugsweise winkelförmige Platten Anwendung finden, ist die Erfindung keineswegs darauf beschränkt und es sind auch andere Befe-
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möglich.
Die Photozelle nach der Erfindung kann in dieser Weise einfach in einer Glashülle angebracht werden, wie dies in Fig. 3 auch dargestellt ist. Die Haltedrähte 16 sind über eine Glasperle 19 durch den Sockel 20 der Hülle herausgeführt. Durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung und bei einer Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Photozelle mit zweckmässiger Form und kleinen Abmessungen bei günstigen photoempfindlichen Eigenschaften erzielbar. Es ist beispielsweise mit einer Ausführungsform
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bar, während bei einer Bestrahlung mit 50 Lux mittels eines auf 2700 K erhitzten Wolframkörpers der Widerstand zwischen 10 und 100 kQ ist. Infolge der guten Wärmeableitung verträgt die Zelle sogar eine Belastung von einigen hundert mW.
Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung selbstverständlich nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es können auch andere Säge-und Schleifverfahren Anwendung finden und es gibt im Rahmen der Erfindung noch manche Abänderungsmöglichkeit, z. B. hinsichtlich der Hülle der Photozelle, die nicht nur aus Glas, sondern auch aus Metall mit einem Fenster bestehen kann. Es ist z. B. möglich, das Elektrodenlinienmuster teilweise auf der einen Seite und teilweise auf der andern Seite des streifenförmigen Ausgangskörpers anzubringen, oder die Elektroden erst nach der Säge- oder Schleifbearbeitung auf dem gesonderten photoempfindlichen Körper anzubringen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von photoempfindlichen Körpern mit innerem Photoeffekt zur Verwendung in Photozellen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst aus einem photoempfindlichen Pulver, das vorzugsweise bereits aktiviert ist, ein Ausgangskörper, vorzugsweise in der Form eines dünnen Streifens, gepresst wird, der durch eine Temperaturbehandlung gesintert und dann durch eine Säge- oder Schleifbearbeitung in einer Schnittebene mit der Oberfläche des Körpers, vorzugsweise senkrecht zur Streifenoberfläche, in mindestens zwei Teile unterteilt wird, die als gesonderte photoempfindliche Körper in Photozellen untergebracht werden.