Photoelektrische Vorrichtung. Die Erfindung bezieht sich auf eine photo elektrische Vorrichtung, das heisst eine Vor richtung, mit deren Hilfe bestimmte elek trische Erscheinungen durch Lichtstrahlen beeinflusst werden können.
Eine photoelektrische Vorrichtung gemäss der Erfindung enthält eine wenigstens teil weise aus einem photoelektrischen Stoff be stehende Elektrode, die durch eine in der Hauptsache aus mindestens einem isolieren den festen Stoff bestehende, weniger als 1 mm dicke Schicht von einer andern, aus elektrisch leitendem Stoff bestehenden Elek trode getrennt ist, wobei die beiden Elek troden und die vorgenannte Schicht aufein ander angebracht sind; gegebenenfalls kön nen die Elektroden und die Schicht unter Zwischenfügung anderer Schichten aufein ander angebracht sein.
Unter "photoelek- trischem Stafi" versteht man hier einen Stoff, der bei Bestrahlung mit sichtbaren, für die Belichtung von Photozellen üblichen Licht strahlen Elektronen aussenden kann.
Bei Bestrahlung der photoaktiven Elek trode zeigt es sich, dass zwischen den beiden Elektroden der Vorrichtung ein Potential unterschied erregt wird. Wenn man diese Elektroden über ein Galvanometer mitein ander verbindet, so fliesst infolge dieser Span nung ein Strom durch das Galvanometer. Es zeigt sich, dass die Grösse der erregten Span nung und somit des durch das Galvanometer fliessenden Stromes, von der Intensität des Lichtes, womit die photoelektrische Elek trode bestrahlt wird, abhängig ist.
Vorzugsweise stellt man die photoelek trische Elektrode aus mindestens einem Alkali- oder Erdalkalimetall her.
Die Trennschicht kann auf verschiedene Weise zwischen den beiden Elektroden ge bildet werden. Die Herstellung der Vorrich tung kann in vielen Fällen dadurch verein facht werden, dass man für die Trenn- schiebt eine chemische Verbindung des Mit tels, aus dem eine der Elektroden besteht, benutzt.
Die Empfindlichkeit der Vorrichtung kann dadurch gesteigert werden, dass man den photoelektrischen Stoff wenigstens teil weise an der Trennschicht adsorbieren lässt. Dabei ist es nicht notwendig, dass die ganze Trennschicht aus einem - den photoelek trischen Stoff gut adsorbierenden Stoff be steht. Es ist ebenfalls möglich, diese Schicht lediglich an der mit der photoelektrischen Elektrode in Berührung kommenden Ober fläche aus einem solchen Stoff herzustellen.
Die Grösse der bei der Bestrahlung zwi schen den Elektroden erregten Spannung kann weiter in vielen Fällen dadurch günstig beeinflusst werden, dass die photoelektrische Elektrode so dünn gewählt wird, dass sie durchscheinend ist, so dass die Strahlen bis zur Grenzfläche zwischen der photoelek trischen Elektrode und der in der Haupt sache aus mindestens einem isolierenden festen Stoff bestehenden Schicht vordringen können. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, die photoelektrische Elektrode aus einer Monomolekularschichteines photoelektrischen Stoffes herzustellen.
Zuweilen ist es erwünscht, den elek trischen Widerstand der Trennschicht herab zusetzen. Dies kann vorteilhaft dadurch stattfinden, dass der Trennschicht Teilchen eines elektrisch leitenden Stoffes einverleibt werden, wobei natürlich dafür Sorge ge tragen werden soll, dass nicht soviel leitende Teilchen in die Schicht hineingebracht wer den, dass die Elektroden der Vorrichtung kurzgeschlossen werden. Vorteilhaft werden die leitenden Teilchen durch Teilchen des photoelektrischen Stoffes gebildet.
- In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der photoelektrischen Vor richtung gemäss der Erfindung veranschau licht.
Die Fig. 1 und 2 stellen die Vorrichtung in zwei verschiedenen Ansichten dar.
Die dargestellte Vorrichtung weist eine Hülle 1 auf, die aus Glas, Quarz oder ähn- lichem Stoff besteht und an die ein Fuss 2 a.ngeschmolzen ist. Auf diesem Fuss sind die Elektroden der-Röhre angeordnet. Eine die ser Elektroden wird durch ein Zirkonium- plättchen 3 gebildet, das mittelst eines Stütz drahtes 4 an dem Röhrenfuss befestigt ist. Dieser Stützdraht ist mit einem Strom zuführungSdraht 5 verbunden.
Auf der Elektrode 3 befindet sich eine dünne, aus isolierendem festem Stoff be stehende Schicht 6. Diese Schicht kann durch Oxydierung der Zirkoniumscheibe 3 auf einfache Weise hergestellt werden, was vor der Anordnung .der Scheibe 3 in die Hülle 1 stattfinden kann. Durch diese Oxy dierung wird die Scheibe 3 an ihrer Ober fläche mit einer Zirkoniumoxydschicht be deckt, die bekanntlich elektrisch isolierend ist. Die Dicke dieser Schicht beträgt vor zugsweise ungefähr 1 ,u, wenigstens aber weniger als 1 mm.
hliachdem die Elektrode 3 mit der Schicht 6 in der Hülle angeordnet ist, wird letztere entlüftet, was mit Hilfe einer an das Teller röhrchen 7 angeschlossenen Vakuumpumpe stattfinden kann. Nach der Entlüftung wird in die Hülle eine Menge Cäsium eingebracht. Der Cäsiumdampf kann zum Beispiel ia einem mit .dem Röhrchen 8 verbundenen Raum erzeugt werden.
Es ist ebenfalls mög lich, das Cäsium in der Hülle 1 selbst zu entwickeln, zum Beispiel mit Hilfe einer Cäsiumverbindung, zum Beispiel Cäsium chromat, und eines Reduktionsmittels, zum Beispiel Zirkonium, das imstande ist, Cäsium aus der Cäsiumverbindung freizumachen.
Das in die Hülle eingebrachte Cäsium schlägt sich auf der Zirkoniumoxydschicht 6 nieder und bildet die photoelektrische Elek trode 9 .der Vorrichtung. Der Strom kann dieser Elektrode mittelst des federnden Stromzuführungsdrahtes 10, der durch den Fuss nach aussen geführt und mit dem Stromzuführungsdraht 11 verbunden ist, zu geführt werden. Die Hülle 1 kann nach der Bildung der photoelektrischen Elektrode eventuell mit einem inerten Gase oder Dampf gefüllt werden.
Bei Bestrahlung der gebildeten Cäsium- schicht 9, zum Beispiel mit Hilfe der Licht quelle 12, entsteht ein Spannungsunterschied zwischen den Elektroden 3 und 9. Infolge dieses Spannungsunterschiedes kann durch eine zwischen den Drähten 5 und 11 ge schaltete Vorrichtung ein Strom fliessen. Durch Zwischenschaltung eines Galvano meters sind zum Beispiel bei Bestrahlung mit einem Lichtbündel mit einer Intensität von annähernd 0,5 Lumen/cm2 Ströme von mehreren Mikroampere gemessen worden.
Es zeigt sich, dass die erregte Spannung von der Beleuchtungsstärke abhängig ist, so dass die Vorrichtung zum Umsetzen von Lichtschwan kungen in elektrische Spannungs- oder Stromschzwankungen benutzt werden kann. Im Gegensatz zu den bisher bekannten photo elektrischen Zellen ist es bei Verwendung der Vorrichtung gemäss .der Erfindung nicht durchaus erforderlich, eine gesonderte Span nungsquelle zwischen die Elektroden zu schalten.
Es hat sich herausgestellt, dass die Po larität des erregten Potentialunterschiedes und somit die Richtung des durch diese Spannung verursachten Stromes unter an derem von der Beleuchtungsstelle und von der Dicke der Zirko.niumoxydschicht 6 ab hängig sind. Dies dürfte aus mehreren, an der beschriebenen Vorrichtung beobachteten Erscheinungen hervorgehen. Bei einem Ver such wurde die Cäsiumelektrode 9 durch eine Lichtquelle bestrahlt, deren Strahlen auf einem kleinen Teil der Elektrode 9 zu sammengedrängt werden konnten. Der Quer schnitt des auf diese Elektrode fallenden Lichtbündels war einige mm2, und die Elek trode war ungefähr 3 cm breit und lang.
Die federnde Elektrode 10 ruhte dabei an dem Rande des Elektrodengestelles auf einem Teil der Zirkoniumoxydschicht auf, der dicker als der übrige Teil der Schicht war. Dieser dickere Teil der Oxydschicht zeigte eine weisse Farbe und ist in Fig. 2 mit .B bezeichnet, während der grün gefärbte dünnere Teil der Oxydschicht mit A be zeichnet ist. Das ganze Zirkoniumoxyd- häutchen war mit der Cäsiumschicht 9 be deckt.
Fiel nun das Lichtbündel auf die Cäsium- schicht, die den Teil A der Zirkoniumo.xyd- schicht bedeckte, so entstand ein solcher Po tentialunterschied zwischen den Elektroden 3 und 9, dass bei der Verbindung der Drähte 5 und 11. mit einem Galvanometer ein Elek tronenstrom von der photoelektrischen Elek trode 9, durch die Kontaktfeder 10, das C,alvanometer, den Stützdraht 4 nach der Elektrode 3 floss. Für den äussern Kreis war die photoelektrische Elektrode 9 somit der negative und die Elektrode 3 der positive Pol.
Wenn das Lichtbündel an der Stelle des photoelektrischen Stoffes auftrat, wo dieser den Teil B des Zirkoniumoxydes bedeckte, so wurde bei gleicher Beleuchtungsintensität. ein grösserer Strom umgekehrter Richtung be obachtet. Es zeigte sich, dass .dieser Strom bei Beleuchtung mit einer Wellenlänge von ungefähr 6000 A seinen Höchstwert erreichte.
Bei Beleuchtung des Cäsiums, das das Grenzgebiet zwischen den Teilen A und B bedeckte, wurzle kein Spannungsunterschied oder Elektronenstrom beobachtet.
Der photoelektrische Stoff, aus dem die Elektrode 9 besteht, kann ausser von einem Alkalimetall, wie Cäsium, vorteilhaft auch von einem Erdalkalimetall gebildet werden. Gute Ergebnisse können zum Beispiel mit Baryum erzielt werden, das auf einer aus Baryumoxyd bestehenden Schicht angebracht werden kann. Das Baryumoxyd bildet dann die isolierende Zwischenschicht und wird auf einer die andere Elektrode bildenden Metall platte angebracht. Man kann dabei zum Bei spiel wie folgt vorgehen.
Auf einem metal lenen, zum Beispiel aus Nickel bestehenden Plättchen, das in einer evakuierten Hülle an geordnet ist, wird Baryum aus Baryumdampf niedergeschlagen, worauf zur Oxydierung des Baryums Sauerstoff zugelassen wird. Man kann das Baryumoxyd auch unmittelbar auf der Nickelplatte anbringen oder aus Verbin dungen, wie Karbonaten, entwickeln.
Nach Entfernung des überflüssigen Sauerstoffe; wird aufs neue eine Menge Baryumdampf in die Hülle eingebracht oder darin ent wickelt, so dass sich auf dem Baryumoxyd eine die photoelektrische Elektrode bildende Schicht metallisches Baryum absetzt. Die für die Bildung der Zwischenschicht erfor derliche Oxydation des Baryums kann man auch dadurch stattfinden lassen, dass die Elektrode, auf der sich das Baryum absetzt, vor dem Niederschlagen des Baryums, an ihrer Oberfläche .oxydiert wird.
Wenn diese Elektrode nach oder während des Nieder schlages des Baryums erhitzt wird, so ver bindet sich das Baryum mit dem Sauerstoff des an der Oberfläche der Elektrode gebil deten Oxydes.
Die Zwischensehichü ä kann auch .auf andere als die vorgenannten Weisen gebildet werden und braucht nicht immer aus einer Verbin dung des Metall.es, aus dem eine der Elek troden hergestellt ist, zu bestehen. Man kann die isolierende Zwischenschicht zum Beispiel aus Calciumfluorid herstellen, das durch Ver dampfen auf einem, eine der Elektroden bil denden Metallplättchen angebracht werden kann.
Bringt man diese Calciumfluarid- schicht darauf mit Cäsium in Berührung, so wird dieses Cäsium an dem Calcium- fluorid in einer dünnen Schicht adsorbieren. Durch Entfernung des überflüssigen Cäsiums aus der Hülle, in der die Elektroden an geordnet sind, kann man diese adsorbierte Cäsiumschicht sogar monomolekular machen, so dass die Empfindlichkeit der Vorrichtung gesteigert wird.
Auch wenn die Zwischenschicht aus einem Stoff besteht, der den photoelektrischen Stoff nicht oder nur in sehr geringem Masse adsor- biert, kann man den photoelektrischen Stoff dadurch an der Trennschicht adsorbieren las sen, dass man den Stoff, aus dem die Zwischenschicht im wesentlichen hergestellt ist, zunächst mit einer dünnen Schicht eines Stoffes bedeckt, an dem der photoelektrische Stoff gut adsorbiert. Zuweilen ist es auch möglich, diesen gut adsorbierenden Stoff mit einem oder mehreren andern, die Zwischen schicht bildenden Stoffen zu vermischen.
In der obenbeschriebenen Vorrichtung, in der die Trennschicht aus Zirkoniumoxyd besteht, würde man diese Schicht zum Beispiel mit einer dünnen Cäsiumoxydschicht bedecken können. Dieses Cäsiumoxyd kann zum Beispiel dadurch gebildet werden, dass man Cäsium auf dem Zirkoniumoxyd niederschlägt und darauf Sauerstoff zulässt.
Nach Entfernung des überflüssigen Sauerstoffes kann sodann eine neue Cäsiummenge in die Hülle ein gebracht werden, so dass an dem Cäsium- oxydhäutchen eine die photoelektrische Elek trode bildende Cäsiumschicht adsorbiert wird. Die Empfindlichkeit einer solchen Vorrich tung, das heisst der bei einer bestimmten Beleuchtung erregte Spannungsunterschied, ist sehr gross.
Zuweilen ist es erwünscht, den elek trischen Widerstand der Trennschicht zu verringern. Dies kann vorteilhaft dadurch geschehen, dass der Zwischenschicht Teilchen eines elektrisch leitenden Stoffes einverleibt werden. In .dem obengenannten Fall, wo die Zwischenschicht aus Calciumfluorid besteht, kann man zum Beispiel Metallteilchen mit dem Calciumfluorid vermischen. Wenn die ser Stoff durch Verdampfung angebracht wird, so kann zum Beispiel zu gleicher Zeit mit dem Calciumfluorid ein Metall, zum Beispiel Wolfram, verdampfen.
Dabei kann wie folgt vorgegangen wer den. In der Hülle wird gegenüber der Elek trode 3 ein mit Calciumfluorid und Wolfram pulver bedeckter Glühdraht angeordnet. Nach der Entlüftung der Hülle wird der Draht erhitzt, so dass das Calciumfluorid mit dem Wolfram eine Reaktion eingeht unter Bildung von Calcium und Wolframfluoricl, die beide verdampfen und sich auf der Elek trode 3 niederschlagen. Dabei gehen das Cal cium und das Wolframfluorid wiederum eine Reaktion miteinander ein, wobei Calcium- fluorid und Wolfram gebildet werden.
Das Wolfram befindet sich- dann in fein zerteiltem Zustand in dem Calciumfluorid. Es ist vorteilhaft, die leitenden Teilchen aus Teilchen des photoaktiven Stoffes selbst bestehen zu lassen. Zu diesem Zweck kann man, nachdem sich zum Beispiel auf der aus Calciumfluorid bestehenden Zwischenschicht Cäsium niedergeschlagen hat, die Hülle und das Elektrodengestell erhitzen, so dass ein Teil des Cäsiums in die Zwischenschicht ein dringt und den elektrischen Widerstand die ser Schicht herabsetzt, indem. auch die Grösse des bei der Bestrahlung erregten Spannungs unterschiedes günstig beeinflusst wird.