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Cellule photoélectrique.
La présente invention est relative aux cellules photoélectriques comportant une électrode contenant une substance photoactive qui, soumise à une irradiation, émet des électrons dont le nombre dépend de l'intensité de l'ir- radiation.
La demanderesse a déjà proposé de prévoir entre la substance photoactive et le fond supportant l'électrode pho- toactive, une couche intermédiaire contenant un composé chi- mique choisi, de préférence, de telle façon que la substance photoactive soit mieux adsorbée par la couche intermédiaire que par ce fond. Le composé chimique peut être constitué, de
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préférence,par un oxyde ou un halogénure, par exemple par du : fluorure de calcium.
La demanderesse a constaté qu'une telle électrode photoactive peut avoir une résistance électrique très gran- de, ce qui diminue la sensibilité de la cellule. L'invention a pour objet d'obvier à cet inconvénient et de réduire cette résistance.
Dans une cellule photoélectrique suivant l'invention, la substance photoactive, constituée par exemple par du césium, est appliquée sur une couche intermédiaire contenant un composé chimique et des particules conductrices de l'élec- tricité. La résistance électrique d'une telle électrode est considérablement inférieure à celle d'une électrode dont la couche intermédiaire ne contient pas de particules conduc- trices. Avantageusement, ces particules peuvent être constituée tuées par des particules de la substance photoactive, qu'on peut faire pénétrer à cet effet dans la couche intermédiaire.
En outre, ceci donne lieu à une augmentation de l'émission électronique.,ce qui semble être dû au fait que, dans l'élec- trode,des électrons sont libérés par la lumière traversant l'électrode.
On peut aussi faire pénétrer la substance photoac- tive dans la couche intermédiaire en chauffant la cellule fermée après que la matière photoactive a été appliquée sur la couche intermédiaire.
On peut faciliter la pénétration de la substance photoactive dans la couche intermédiaire en incorporant à cette couche des particules d'une autre matière conductrice.
Ces dernières ont pour effet de réduire encore la résistance de l'électrode photoactive.
La couche intermédiaire utilisée conformément à l'invention peut-être établie de différentes manières. On
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peut appliquer le composé chimique et les particules conduc- trices sur le fond en volatilisant simultanément ce composé et une matière conductrice. Ces substances peuvent être pla- cées à l'intérieur de la cellule, par exemple sur une élec- trode. De préférence, la couche intermédiaire est produite par une réaction chimique, les substances réactives pouvant être appliquées par volatilisation sur le fond.
Dans ce cas, il est avantageux de partir d'un métal difficilement volati- lisable qui, conjointement avec un composé chimique d'un métal aisément volatilisable et d'un ingrédient négatif sus- ceptible de former avec le premier métal un composé aisément volatilisable, est chauffé dans la cellule, de préférence dans le vide. Les substances initiales sont choisies de fa- çon que, après volatilisation, elles réagissent entre elles de manière à reconstituer sur le fond, au moins en partie, les substances initiales à l'état finement divisé et mélan- gées. Au mélange chauffé dans la cellule peut être ajoutée une autre substance qui facilite la réaction chimique ou donne en partie naissance à d'autres produits.
Le composé chimique contenu dans la couche inter- médiaire, la substance photoactive et éventuellement d'au- tres particules conductrices peuvent aussi être appliqués simultanément sur le fond. Il est avantageux de produire à cet effet la substance photoactive dans la cellule ou dans une chambre communiquant avec celle-ci, par chauffage d'un mélange contenant un composé de la substance photoactive, par exemple du chromate de césium, et un agent réducteur, par exemple du zirconium, le mélange contenant, en outre, un composé chimique, par exemple du fluorure de sodium qui, lors du chauffage, s'évapore ou réagit avec l'agent réducteur présent de la manière décrite au paragraphe précédent.
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L'invention sera mieux comprise en se référant au dessin annexé représentant, à titre d'exemple., une cel- lule photo-électrique. Sur le dessin: la figure 1 représente une coupe d'une cellule photo-*électrique et, la figure 2 montre un détail de celle-ci.
La cellule photoélectrique représentée sur le des- sin comporte une paroi 1, par exemple en verre, sur laquelle est appliquée une couche 2 d'une matière photoactive, par exemple d'un métal alcalin. Au lieu d'être appliquée direc- tement sur la paroi de la Cellule, la couche 2 est posée sur une couche intermédiaire 3 contenant un composé chimique, par exemple du fluorure de calcium, et des particules con- ductrices. L'électrode photôactive est reliée au fil d'a- limentation 4 passant à travers la paroi de la cellule. Sur le pied 5 à l'intérieur de la cellule est disposée une élec- trode 6 qui, comme on le voit sur la figure 2, présente la forme d'un anneau à peu près fermé., cette électrode étant reliée aux fils d'alimentation 7 et 8.
Pour former la couche intermédiaire 3 et lui faire contenir des particules conductrices mélangées, à l'état finement divisé, avec le, composé chimique on peut procéder comme suit; Avant d'introduire l'électrode 6 dans la cellule, on la recouvre d'un mélange contenant un métal difficilement volatilisable et un composé d'un métal facilement volatili- sable et d'un autre ingrédient susceptible de former avec le premier métal un composé facilement volatilisable. Le mé- lange peut contenir, par exemple du tungstène et du fluorure de calcium. Après avoir fait le vide dans la cellule, on chauffe le mélange appliqué sur l'électrode 6, par exemple en envoyant un courant électrique dans les fils d'alimentation
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7 et 8 de cette électrode.
Par suite de ce chauffage, les substances présentes dans le mélange réagissent entre elles.
Le tungstène forme par exemple avec le fluorure de calcium du fluorure de tungstène et du calcium, cette réaction pou- vant être représentée par l'équation suivante :
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Le composé volatil du métal difficilement volatili- sable et le métal facilement volatilisable présent dans le mélange (dans le cas envisagé du fluorure de tungstène et du calcium) se volatilisent en quittant l'électrode. En conséquence,la réaction, qui est réversible, peut avoir lieu de la manière indiquée par l'équation. Les substances volatilisées se déposent sur la paroi de la cellule et réa- gissent alors de nouveau entre elles de manière à reconstituer les corps initiaux, la réaction qui se produit alors pou- vant être représentée par l'équation suivante :
WF6 + 3Ca # W + 3CaF2.
De cette façon, les particules conductrices (les particules de tungstène) et le composé chimique (en l'espèce: le fluorure de calcium) sont présents dans la couche inter- médiaire à l'état finement divisé et intimement mélangé, ce qui est très favorable pour le bon fonctionnement de la cellule photoélectrique.
D'autres métaux difficilement volatilisables qui peuvent être utilisés avec beaucoup de succès sont par exem- ple le fer et le zirconium, et le composé du métal facile-. ment volatilisable qui est chauffé avec le métal diffici- lement volatilisable peut aussi être constitué, par exemple, par du chlorure de sodium ou du chlorure de potassium.
Dans beaucoup de cas il peut être désirable d'ajou- ter au mélange destiné à être chauffé dans la cellule une
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autre substance qui facilite la réaction ou donne en partie' naissance à d'autres produits. Au mélange contenant du tungstène et du fluorure de calcium peut être ajouté, par exemple de l'oxyde de silicium, ce qui peut donner aux réac-, tiens la marche suivante.
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Lors du chauffage du mélange, la cellule est rac- cordée à la pompe à vide de sorte que le fluorure de sili- cium très volatil en est retiré.
L'oxyde de tungstène et le calcium se volatilisent et se déposent sur la paroi de la cellule, ces substances réagissant alors l'une avec l'autre de la façon indiquée par l'équation suivante:
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La couche intermédiaire ainsi produite est constituée par des particules de tungstène et de l'oxyde de calcium.
L'addition d'oxyde de silicium au mélange appli- qué sur l'électrode 6 empêche le fluorure de tungstène de venir en contact avec le verre de la paroi, de sorte que celle-ci ne peut pas être attaquée par ce composé.
La couche intermédiaire étant produite, le métal photoactif, constitué par exemple par un métal alcalin, peut être introduit dans la cellule, ce qui peut être ef- fectué, par exemple, par volatilisation du métal alcalin venant d'un tube latéral raccordé en 9 à la cellule.
Après avoir appliqué la substance photoactive sur la couche intermédiaire, on ferme la cellule et on la chauf- fe. Si la substance photoactive est constituée par du cé- sium, la cellule peut être chauffée, par exemple, à une tem- pérature de 200 C. environ. Par suite du chauffage de la cellule:;? fermée, la substance photoactive pénètre dans la 'couche intermédiaire, ce qui a pour effet de réduire la ré-
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sistance de 1'électrode photoactive et d'augmenter l'émission électronique.
Non seulement la substance photoactive qui, au commencement du chauffage, se trouve sur la couche inter- médiaire, pénètre partiellement dans la couche intermédiai- re, mais aussi la substance photoactive se trouvant en d'au- tres endroits de la cellule tend à pénétrer dans cette couche, du fait que par suite du chauffage de la cellule, elle se volatilise et se dépose sur la couche intermédiaire. De pré- férence la quantité de la substance photoactive introduite dans la cellule est choisie de telle façon qu'après le chauf- fage de la cellule fermée, toute la substance photoactive présente dans la cellule se trouve dans la couche intermé- diaire ou est adsorbée par celle-ci de sorte que, à l'inté- rieur de la cellule, la pression de vapeur de la matière photoactive est inférieure à la pression normale de la ma- tière libre.
Toute substance photoactive en excès éventuel- lement présente dans la cellule, peut en être retirée en chauffant la cellule raccordée à la pompe à vide.
Il est évident que le procédé suivant lequel une cellule fermée renfermant la substance photoactive, est chauffée pour faire pénétrer cette substance dans la couche intermédiaire, peut aussi être appliqué à une cellule dans laquelle la substance photoactive est appliquée sur une couche intermédiaire qui ne contient pas encore de particu- les conductrices, mais qui est constituée exclusivement par un composé chimique mauvais conducteur de l'électricité.
La demanderesse a trouvé, toutefois, que la pénétration de la substance photoactive dans la couche intermédiaire est facilitée si celle-ci contient déjà des particules conduc- trices.
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Le composé chimique présent dans la couche inter- médiaire, la substance photoactive et, éventuellement encore d'autres particules conductrices, peuvent aussi être appli- qués simultanément sur un fond, ce qui a pour résultat que la substance photoactive présente dans la couche intermédiai- re est finement mélangée avec la substance chimique et avec, les particules conductrices éventuellement présentes. Dans .ce cas, la substance'photoactive, constituée par exemple par du césium, peut être produite dans la cellule ou dans une chambre communiquant avec celle-ci, par chauffage d'un mé- lange d'un composé du métal photoactif, par exemple de chromate de césium, et d'un agent réducteur, par exemple de zirconium.
Si le mélange contient, en outre, un composé chimique volatil à la température à laquelle le mélange est chauffé, le métal photoactif libéré et ce composé chimique se déposent simultanement sur le fond.
Au mélange d'un composé du métal photoactif'et de l'agent réducteur peut être ajouté un composé d'un métal fa- cilement volatilisable, par exemple du fluorure de sodium, susceptible de réagir avec l'agent réducteur de la manière décrite ci-dessus pour le tungstène et le fluorure de cal- cium. Par exemple, si le mélange se compose de chromate de césium, de zirconium et de fluorure de sodium, du césium est libéré du chromate de césium par le zirconium et celui- ci forme avec le fluorure de sodium du fluorure de zirco- nium et du sodium qui se volatilisent pour reconstituer sur le fond de la cellule du zirconium et du fluorure de sodium.
La couche formée sur le fond contient, par conséquent, du zirconium, du fluorure de sodium et du césium à l'état fi- nement divisé et intimement mélangés, cette couche étant tr- couverte d'une mince couche de césium.
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Pendant la formation de la couche intermédiaire et l'introduction de la substance photoactive dans la cellule, les parties de laparoi de celle-ci sur lesquelles la couche ne doit pas se disposer sont portées à une température supé- rieure à celle de l'autre partie de la paroi, De la sorte on peut réserver une fenêtre 10 à travers laquelle, pendant le fonctionnement de la cellule, les rayons lumineux pénè- trent dans celle-ci.
On peut aussi produire la fenêtre 10 en blindant, pendant la formation de la couche intermédiaire et l'intro- duction de la substance photoactive, une partie de la paroi de la cellule à l'aide d'un écran.
Dans la cellule, qui est munie d'un queusot 11 qui permet de la raccorder à la pompe, on peut faire un vide très poussé, ou bien elle peut être remplie d'un gaz, par exemple d'un gaz rare.
Pendant le fonctionnement de la cellule photoélec- trique représentée, l'électrode 6 a un potentiel positif par rapport à l'électrode photoactive, celle-ci étant frappée par des rayons lumineux qui pénètrent dans la cellule à tra- vers la fenêtre 10 et qui libèrent de la couche photoactive des électrons dont le nombre dépend de l'intensité de la lumière. On a constaté que l'électrode photoactive de la cellule suivant l'invention possède un pouvoir d'émission électronique élevé et que sa résistance électrique est faible.