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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fotozelle
mit p-n-Übergang, bei dem auf einen n-leitenden Cadmiumsulfid-Halbleiterkörper eine
pleitende Kupferschicht elektrochemisch aus einer Kupfersalzlösung abgeschieden
wird.
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Sie betrifft insbesondere die Herstellung einer neuartigen, hochwirksamen,
leicht herzustellenden Sperrschicht-Fotozelle, die zur Leistungsversorgung von Raumkörpern,
in Telefonsystemen, in transistorisierten Radioempfängern und Sendern, in transistorisierten
Prüfeinrichtungen und Steuerschaltungen, zum Laden von Speicherbatterien und Energiespeicherkondensatoren
verwendet werden kann.
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Es ist bekannt, daB ein p-n-Übergang in einem Halbleiter ein hochwirksames
Sperrschicht-Fotoelement ergibt. Die Sperrschicht-Fotozelle aus Silicium mit p-n-Übergang
ist bisher das wirksamste Element, das jemals zur Umwandlung von Energie des Sonnenlichtes
in Elektrizität entwickelt wurde. Diese Siliciumzelle ist jedoch teuer und instabil
gegenüber Feuchtigkeit und intensiver Bestrahlung. Es wurde deshalb seit kurzem
anderen Arten von Sperrschicht-Fotozellen große Aufmerksamkeit geschenkt, die aus
Verbindungshalbleitern bestehen, wie z. B. Galliumarsenid, Cadmiumsulfid, Bleisulfid
usw. Insbesondere die II-VI-Verbindungshalbleiter (mit Kupfer dotiert) sind für
diese Zwecke von großem Interesse.
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In der Literatur sind mehrere Verfahren zur Herstellung von Sperrschicht-Fotozellen
aus solchen Verbindungshalbleitern beschrieben: 1. Eine Kupferelektrode wird auf
die eine Oberfläche eines n-leitenden Cadmiumsulfid-Einkristalls durch Elektroplattierung
aufgebracht (vgl. Richard W i 11 i a m s und Richard H. B u b e, »Photoemission
in Photovoltaic Effect in Cadmium Sulfide Crystals«, J. Appl. Phys., 31, 968 [1960]).
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2. Ein n-leitender Cadmiumsulfid-Dünnfilm wird durch Vakuumverdampfung
hergestellt und mit einem Kupferfilm. durch Vakuumverdampfung versehen. Die integrierten
Filme werden auf 600'C
in einem inerten Gas erwärmt, um einen p-n-Übergang
an der Grenzfläche zu bilden (vgl. H. G. Grimmeiss und R.Memming, »Ap-n-Photovoltaie
Effect in CdS«, J. Appl. Phys., 33, 2217 [1962]).
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3. Ein CdTe-Film wird chemisch auf einen Glasträger aufgebracht und
in eine warme Kupfer(Il)-Lösung eingetaucht, um eine dünne Schicht aus. Cu,-,Te
auf der CdTe-Filmoberfläche zu bilden (vgl. D. A. C u s a n o, »CdTe Solar Cells
and PhotovoltaicHeterojunctioninII-VI Compounds«, Solid Stare Electronics, 6, 217
[1963]).
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Außerdem haben zahlreiche Veröffentlichungen die Möglichkeit eröffnet,
eine Sperrschicht Fotozelle aus einem CdS-Einkristall herzustellen. Der Einkristall
ist jedoch nicht erwünscht auf Grund der hohen Kosten und der Schwierigkeit bei
der Steuerung von Größe und Form des Kristalls.
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Die dünnen Filme, die durch die Vakuumaufdampfung oder nach Vakuumablagerungstechniken
hergestellt werden, sind nicht zufriedenstellend an eine Sperrschicht-Fotozelle
anpaßbar, da es schwierig ist, die Zusammensetzung der abgelagerten Filme zu steuern
und daraus fertige Zellen mit einer hohen Leistungstoleranz zu erzeugen.
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Aus der deutschen Patentschrift 1199 897 ist bereits ein Verfahren
zur Herstellung einer Fotozelle mit einem p-n-Übergang bekannt, bei dem, ein dünner
Kupferüberzug elektrochemisch auf einen n-leitenden Cadmiumsulfidkörper abgelagert
wird unter Bildung einer dünnen Schicht, die nach dem Erhitzen p-leitend ist. Wenn
diese Photozelle Licht ausgesetzt wird, entsteht an den Elektroden der Zelle eine
Spannung. Dieses bekannte Verfahren ist dadurch charakterisiert, daß 1) das metallische
Kupfer durch hohe Stromdichten (100 mA/cm 2) auf einem n-leitenden CdS-Körper durch
Elektroplattierung abgelagert wird und daß 2) zur Umwandlung des metallischen Kupfers
in ein p-leitendes Mateiial eine Wärmebehandlung erforderlich ist. Die dabei erhaltene
Fotozelle hat jedoch den Nachteil, daß der Fotoeffekt, insbesondere der Kurzschlußstrom
davon, sehr niedrig und für praktische Zwecke nicht geeignet ist.
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Ein weiteres Problem liegt darin, daß die bekannten Fotozellen aus
II-VI-Verbindungshalbleitern eine geringe mechanische Festigkeit und einen niedrigen
Wirkungsgrad bei der Verwendung als Sperrschicht-Fotozellen haben im Vergleich zu
einer Siliciumzelle mit p-n-Übergang.
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Ziel der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer
Fotozelle anzugeben, das wirtschaftlich und einfach durchführbar ist und zu einer
Fotozelle mit hoher mechanischer Festigkeit und hohem Wirkungsgrad führt, die in
beliebiger Form und Größe hergestellt werden kann.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung einer
Fotozelle mit p-n-Übergang, bei dem auf einen n-leitenden Cadmiumsulfid-Halbleiterkörper
eine p-leitende Kupferschicht elektrochemisch aus einer Kupfersalzlösung abgeschieden
wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die p-leitende Kupferschicht auf eine
gesinterte Platte aus Cadmiumsulfid mit einer Stromdichte von 0,05 bis 5,0 mA/cm2
bei einer Temperatur von 0 bis 60°C mehr als 10 Minuten lang kathodisch abgeschieden
wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung
wird die p-leitende Kupferschicht bei einer Stromdichte von 0,1 bis 1,0 mA/cm2 30
Minuten bis 3 Stunden lang bei einer Temperatur von 15 bis 45°C auf eine gesinterte
Platte aus Cadmiumsulfid angeschieden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird
auf die gesinterte Platte aus n-leitendem Cadmiumsulfid mit einem spezifischen elektrischen
Widerstand von weniger als 10 Ohm - cm und einer Dichte von mehr als 4;6 g/cms die
p-leitende Kupferschicht aus einer Kupfer(II)fluorborat- oder Kupfer(II)nitratlösung
bis zu einer Dicke von 1 bis 100Mikron abgeschieden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die gesinterte
Platte aus Cadmiumsulfid vor der elektrochemischen Abscheidung der p-leitenden Kupferschicht
an der Oberfläche poliert und in einer wäßrigen Säurelösung geätzt..
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Fotozelle ist
hochwirksam und weist eine hohe mechanische Festigkeit auf, sie ist außerdem billig
und kann leicht und auf wirtschaftliche Art und Weise in die gewünschte Form und
Größe gebracht werden.
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Das Verfahren der Erfindung wird im einzelnen in der Weise durchgeführt,
daß eine dünne Schicht eines p-Leiters auf eine Oberfläche der gesinterten Cadmiumsulfidplatte
durch elektrochemische Behandlung abgelagert wird. Die Behandlung umfaßt das Pohelen
der Oberfläche und das anschließende leichte Ätzen mit
einer wäßrigen
Säurelösung. Dann wird eine Gleichspannung an den gesinterten Cadmiumsulfidkörper
als Kathode und eine anodische Kupferelektrode angelegt, während der Sinterkörper
in eine wäßrige Lösung einer Kupfer(II)verbindung eingetaucht wird, die entweder
Kupfer(II)fluorborat oder Kupfer(II)nitrat enthält. Die dabei erhaltene p-leitende
Schicht besteht aus Cadmium, Kupfer und Schwefel. Die Elektroden werden auf die
dünne p-leitende Schicht bzw. auf die andere Oberfläche des Sinterkörpers aufgebracht.
Die erfindungsgemäß herstellbare Fotozelle enthält außerdem eine Einrichtung zur
Erzeugung eines Sperrschicht-Fotoeffektes, wenn die dünne p-leitende Schicht mit
Licht bestrahlt wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
zusammen mit den Zeichnungen hervor.
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F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Sperrschicht-Fotozelle
gemäß der Erfindung; F i g. 2 ist ein Querschnitt durch die Sperrschicht-Fotozelle
der F i g. 1; F i g. 3 ist eine graphische Darstellung der Spannungs-Strom-Kennlinie
einer Sperrschicht-Fotozelle gemäß der Erfindung; F i g. 4 ist eine graphische Darstellung
der Spektralempfindlichkeit der Fotozelle.
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Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Erzeugung eines p-n-Überganges
auf einem n-leitenden Cadmiumsulfid bekannt (vgl. die oben aufgeführte Literatur).
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Gemäß der Erfindung hat ein gesinterter Körper aus n-leitendem Cadmiumsulfid
einen -n-Übergang auf der Oberfläche, wenn eine Gleichspannung an den gesinterten
Körper als Kathode und einen Kupferblock als Anode in einer wäßrigen Lösung von
Kupfer(II)-fluorborat oder Kupfer(II)nitrat angelegt wird. Der gesinterte n-leitende
Cadmiumsulfidkörper besitzt eine hellbraune Farbe. Wenn der gesinterte Körper elektrochemisch
auf die obengenannte Weise behandelt wird, nimmt er eine silbergraue Farbe auf der
Oberfläche an. Eine Leuchtschirm-Röntgenstrahlenanalyse zeigt, daß die silbergraue
Oberfläche aus Cadmium, Kupfer und Schwefel besteht. Ein Röntgenstrahl-Beugungsdiagramm,
das man von der an dem gesinterten Körper anhaftenden silbergrau gefärbten Oberfläche
erhält, zeigt keine metallische Kupferphase, sondern zeigt eine Phase mit einer
CdS-artigen Struktur. Es existiert eine Kupfersulfidphase in der silbergrau gefärbten
Oberfläche, welche abgerieben wird. Deshalb besteht die silbergraue Oberfläche aus
Cadmium, Kupfer und ; Schwefel in einer CdS-artigen Kristallstruktur, die von einer
Kupfersulfidstruktur begleitet ist. Die Messung der thermoelektrischen Kraft und
des Hall-Koeffizienten bestätigt, daß die silbergrau gefärbte Oberflächenschicht
aus einem p-leitenden Halbleiter besteht und daß ; der gesinterte Körper aus n-leitendem
Cadmiumsulf d einen p-n-Übergang mit der silbergrau gefärbten Oberflächenschicht
bildet. Die Bildung des p-n-Überganges an der Oberfläche des elektrochemisch behandelten
gesinterten Körpers wird ferner durch den Sperr- f schicht-Fotoeffekt bestätigt.
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Bevor mit der näheren Beschreibung der Sperrschicht-Fotozelle der
Erfindung und ihrer Herstellung gemäß der Erfindung fortgefahren wird, werden ihre
Konstruktion und ihr Wirkungsgrad in bezug auf den Sperrschicht-Fotoeffekt unter
Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 der Zeichnungen beschrieben, wobei das Bezugszeichen
9 eine Sperrschicht-Fotozelle als Ganzes kennzeichnet, die als aktives Element einen
gesinterten Körper 1 aus n-leitendem CdS enthält, welcher elektr ochernisch behandelt
wurde, um einen Sperrschicht-Fotoeffekt zu erzeugen.
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i Der gesinterte Körper 1 wird elektrochemisch behandelt, um
eine p-Schicht 2 an der Oberfläche herzustellen und einen p-n-Übergang 3 in der
im folgenden beschriebenen Weise zu bilden. Dieser Körper wird mit einem Paar Elektroden
4 und 5 in ohmschem Kontakt versehen, die auf geeignete und an sich bekannte
Weise auf zwei gegenüberliegende Oberflächen aufgebracht werden. Drahtzuführungen
6 und 7 werden leitend mit den Elektroden 4 bzw. 5 mit Hilfe eines Lötmetalls 8
verbunden. Wenn die Fotozelle mit einem auffallenden Licht auf der elektrochemisch
behandelten Oberfläche bestrahlt wird, erzeugt sie eine elektrische Leistung. Der
Sperrschicht-Fotoeffekt wird gemessen durch einen Wirkungsgrad, der definiert ist
als der Prozentsatz der eingestrahlten Sonnenlichtenergie von 100 mW/cm2 in bezug
auf die erzeugte elektrische Leistung. Die von der Zelle erzeugte Leistung wird
bequem errechnet durch Kombination der im Leerlauf erzeugten Spannung und des im
Kurzschluß der mit Sonnenlicht von 100 mW/cm' bestrahlten Zelle fließenden Stromes.
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Es wurde nun gemäß der Erfindung gefunden, daß der Sperrschicht-Fotoeffekt
der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Zelle sehr stark beeinflußt wird durch verschiedene
Bedingungen des elektrochemischen Prozesses, wie die Konzentration der wäßrigen
Lösung von Kupfer(II)fluorborat oder Kupfer(II)nitrat, der angelegten Stromdichte,
der Temperatur der wäßrigen Lösung und dem Behandlungszeitraum.
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Der wichtigste Faktor ist die Stromdichte während der elektrochemischen
Behandlung. Es wird kein-Sperrschicht-Fotoeffekt beobachtet bei einer Gleichstromdichte
von mehr als 5 mA/cm2. Eine mögliche Stromdichte liegt zwischen 0,05 und 5,0 mA/cm2
gemäß der Erfindung. Die übliche Kupferplattierung wird vorzugsweise in einer Badzusammensetzung
durchgeführt, die aus Kupfer(H)sulfat und in einer kleinen Menge aus Schwefelsäure
(H2S04) besteht. Der Zusatz von Schwefelsäure hat jedoch einen schlechten Sperrschicht-Fotoeffekt
der fertigen Zelle zur Folge. Die beste Stromdichte liegt zwischen 0,1 und 1,0 mA/cm2,
unabhängig von den anderen Betriebsbedingungen des elektrochemischen Prozesses.
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Es ist ebenfalls von Wichtigkeit, daß die Konzentration der wäßrigen
Lösung des Kupfer(II)fiuorborats oder des Kupfer(II)-nitrats höher ist als 0,10/0.
Eine Konzentration unter 0,10/, erzeugt eine Schicht, die in der Farbe nicht homogen
ist und in der fertigen Zelle keinen Sperrschicht-Fotoeffekt erzeugt. Eine wäßrige
Lösung von nahezu gesättigtem Kupfer(II)fluorborat oder Kupfer(II)nitrat ist anwendbar.
Die optimale Konzentration liegt zwischen 0,5 und 20°/o.
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Eine Badtemperatur über 60°C erzeugt ebenfalls eine nicht homogene
Schicht auf der Oberfläche des gesinterten Körpers. Eine anwendbare Badtemperatur
liegt zwischen 0 und 60°C.
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Die Behandlungsdauer hat ebenfalls eine Wirkung auf den Sperrschicht-Fotoeffekt
der fertigen Zelle. Das elektrochemische Verfahren benötigt mindestens 10 Minuten,
damit die fertige Zelle einen erwünschten Sperrschicht-Fotoeffekt erzeugt. Dies
gilt ohne Rücksicht auf irgendwelche anderen anwendbaren Bedingungen der anderen
Faktoren, wie der Stromdichte, der Radzusammensetzung und der Badtemperatur, wie
sie oben erwähnt wurden. Ein kürzerer Zeitraum hat die Bil-
Jung
einer nicht gleichförmig gefärbten dünnen p-Schicht auf der Oberfläche des gesinterten
Körpers zur Folge. Ein anwendbarer Zeitraum liegt zwischen 30 Minuten und 3 Stunden,
unabhängig von irgendwelchen der anderen anwendbaren Bedingungen. Die anwendbaren
und optimalen Bedingungen für das elektrochemische Verfahren gemäß der Erfindung
enthalten deshalb eine Kombination verschiedener Faktoren, die in der Tabelle I
angegeben sind.
| Tabelle I |
| Anwendbare Bedingung Optimale Bedingung |
| Stromdichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 0,05 bis 5 mA/cm2 0,1 bis 1,0 mA/cm2 |
| Konzentration der wäßrigen Lösung von Kupfer(II)-$uor- |
| borat oder Kupfer(II)-nitrat . . . . .... . .. . . .. . . .
. . . .. . . >0,1°/0 0,5 bis 20°/0 |
| Badtemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 0 bis 60°C 0 bis 60°C |
| Behandlungsdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . >10 Minuten 0,5 bis 3 Stunden |
Gemäß der Erfindung hat die dünne erzeugte p-Schicht eine hohe Empfindlichkeit gegenüber
aufgestrahltem Licht hinsichtlich des Sperrschicht-Fotoeffektes, obwohl sie eine
silbergraue Farbe aufweist. Dadurch ist es möglich, eine neuartige Sperrschicht-Fotozelle
herzustellen, die aus einem n-leitenden Cadmiumsulf d-Halbleiter und einer dünnen
p-Schicht besteht und bei der der Sperrschicht-Fotoeffekt erzielt werden kann durch
Beleuchtung der dünnen p-Schicht, wie es in den F i g. 1 und 2 gezeigt wird.
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Es ist deshalb notwendig, die Dicke der p-Schicht zu steuern. Anwendbare
Dicken liegen zwischen 1 und 100 Mikron, optimal zwischen 10 und 50 Mikron, und
sie können durch die obengenannten anwendbaren Bedingungen für das elektrochemische
Verfahren gemäß der Erfindung erhalten werden.
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Der Sperrschicht-Fotoeffekt dieser neuartigen Sperrschicht-Fotozelle
wird stark beeinflußt durch die Eigenschaften des n-leitenden gesinterten Cadmiumsulfidköipers.
Zur Erzielung eines Wirkungsgrades des Sperrschicht-Fotoeffektes von mehr als 3
0/0 ist es notwendig, daß die gesinterte Dichte des Körpers größer als 4,6 g/cm3
und der spezifische elektrische Widerstand niedriger als 10 Ohm - cm sind.
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Die hohe gesinterte Dichte und der niedrige spezifische elektrische
Widerstand können gemäß der Erfindung erreicht werden. Ein chemisch reines Cadmiumsulfidpulver
wird bei einem Druck von 100 bis 1000 kg/cm? zu der gewünschten Form gepreßt. Ein
Bindematerial, wie Wasser, kann zum Pressen verwendet werden. Dei gepreßte Körper
wird auf eine Temperatur von 750 bis 900°C in einem fließenden inerten Gas, wie
Argon oder Stickstoff, mehrere Stunden lang erwärmt. Die Fließgeschwindigkeit des
inerten Gases und die Menge des darin enthaltenen Sauerstoffs müssen gesteuert werden,
um die notwendigen Werte der gesinterten Dichte und des spezifischen elektrischen
Widerstandes zu erreichen.
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Der so erzeugte gesinterte Körper ist ein n-Halbleiten mit einer gesinterten
Dichte von über 4,6 g/cm3 und einem spezifischen elektrischen Widerstand von weniger
als 10 Ohm - cm. Zur Erzielung eines hohen Sperrschicht-Fotoeffektes ist es notwendig,
daß der gesinterte Körper mit einem feinen Läppungspulver (Körner, die durch eine
lichte Maschenweite von 3,8 bis 152 pm [100 bis 4000 Maschen] hindurchgehen) poliert
und dann leicht mit einer verdünnten wäßrigen Lösung von HCl geätzt wird, bevor
das obengenannte t elektrochemische Verfahren durchgeführt wird.
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Die Sperrschicht-Fotozelle gemäß der Erfindung hat eine solche Konstruktion,
daß das Licht auf die Zelle von der einen Seite der p-Schicht auftritt, wie es die
F i g. 1 und 2 zeigen. Deshalb beeinträchtigt eine Vergrößerung der Dicke des gesinterten
Körpers nicht den Sperrschicht-Fotoeffekt, sondern verbessert die mechanische Festigkeit
der fertigen Zelle.
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Eine Elektrode in ohmschem Kontakt mit der dünnen p-Schicht kann erhalten
werden, indem z. B. eine Silberfarbe oder ein im Vakuum abgelageiter Silberfilm
nach bekannten Verfahren aufgebracht wird. Es ist zweckmäßig, die Elektrode in Form
eines Gitters (F i g. 1 und 2) auszubilden, um einen hohen Strom von der fertigen
Zelle zu erhalten.
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Die folgenden Beispiele sollen bevorzugte Einzelheiten der Erfindung
darstellen, wobei selbstverständlich die Einzelheiten der Beispiele keinesfalls
als die Erfindung beschränkend angesehen werden sollen.
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Beispiel 1 Ein im Handel erhältliches CdS-Pulver von Reagenzqualität
wird zu einer scheibenförmigen Platte von 20 mm Duichmesser und 1,5 mm Dicke gepreßt.
Der gepreßte Körper wird bei 820°C 4 Stunden lang in fließendem N2-Gas bei einer
Fließgeschwindigkeit von 150 cm3/Min. erhitzt. Die so erhaltene gesinterte Scheibe
aus CdS ist ein n-Halbleiter und besitzt einen spezifischen elektrischen Widerstand
von 6 Ohm - cm. Die gesinterte Dichte beträgt 4,7 g/cm3. Die Oberfläche der CdS-Scheibe
wird mit einem Läppungspulver mit Körnern, die durch eine lichte Maschenweite von
15,2 #tm (1000 Maschen) hindurchgehen, geläppt und dann mit einer verdünnten HCl-Lösung
geätzt. Die eine Oberflache der Scheibe wird mit einem Harzfilm bedeckt, um zu verhindern,
daß das elektrochemische Verfahren auf dieser Oberfläche stattfindet. Die Scheibe
wird dann in eine wäßrige Lösung aus 4,5°/0 Kupfer(II)fluorborat 2 Stunden lang
bei 25°C eingetaucht. Ein Gleichstrom von 0,5 mA/cm' wird durch die Platte als Kathode
und eine anodische Kupferelektrode in der Lösung geschickt. Die Oberfläche der n-leitenden
CdS-Scheibe ist silbergrau gefärbt und bildet eine dünne p-Schicht gemäß der Erfindung.
Die Dicke der p-Schicht wird auf 50 Mikron geschätzt. Die so erzeugte p-Schicht
wird mit einer Silberelektrode in Gitterform bemalt. Die andere Oberfläche wird
poliert um den Harzfilm zu entfernen, und sie wird dann mit einer Ni-Elektrode versehen,
welche durch eine elektrodenlose Plattierung in an sich bekannter Weise hergestellt
wird.
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Der Speirschicht-Fotoeffekt der fertigen Zelle ist in F i g. 3 dargestellt,
in der die Spannung V gegen den Strom I aufgetragen ist, die ohne Beleuchtung erhalten
werden.
Die Fotospannung Vo beträgt 0,45 Volt und der KurzschluBstrom Io beträgt 35 rnA/cm2
bei Sonnenlicht mit einer Energie von 100 mW/cm2. Der fotoelektrische Umwandlungswirkungsgrad
ist zu berechnen mit 8,4 °/o für diese Zelle.
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Beispiel 2 Die Sperrschicht-Fotozelle wird auf eine dem Beispiel 1
ähnliche Weise hergestellt mit der Ausnahme, daß der gesinterte Körper in einem
elektrochemischen Verfahren 2 Stunden lang bei 25°C in einer 5 °/oigen Kupfer(II)nitrat-Lösung
behandelt wird. Die Zelle besteht aus einer quadratischen Platte von 30 - 30 mm
und einer Dicke von 2,0. mm. Die Spannungs-Strom-Kurven des Sperrschicht-Fotoeffektes
der fertigen Zelle sind ähnlich denen der Probe von Beispiel 1. Die Fotospannung
Vo beträgt 0,45 Volt, und der Kurzschlußstrom Io beträgt 34,5 mA/cm2 in Sonnenlicht
mit einer Energie von 100 mW/cm2. Der fotoelektrische Umwandlungswirkungsgrad wird
berechnet zu 8,2 °/o bei dieser Zelle.
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Beispiel 3 Sperrschicht-Fotozellen werden auf eine dem Beispiel 1
ähnliche Weise hergestellt, mit Ausnahme der Sinterbedingungen der n-leitenden Cadmiumsulfid-Körper.
Die Tabelle II zeigt die Wirkungen der gesinteiten Dichte und des spezifischen elektrischen
Widerstandes des n-leitenden Cadmiumsulfid-Körpers auf die Sperrschicht-Fotoeffekte
der fertigen Zellen. Aus Tabelle II wird deutlich, daß ein hoher Wirkungsgrad des
Sperrschicht-Fotoeffektes einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger
als 10 Ohm - cm und eine gesinterte Dichte über 4,6 g/cm3 erfordert. Ein höherer
spezifischer Widerstand oder eine niedrigere gesinterte Dichte ergeben einen niedrigeren
Wirkungsgrad. Deshalb liegt die anwendbare Sintertemperatur zwischen 750 und 900
° C. Beispiel 4 -Sperischicht-Fotozellen werden auf eine dem Beispiel 1 ähnliche
Weise hergestellt, mit Ausnahme der elektrochemischen Behandlungen. Die Tabelle
III kennzeichnet die Eigenschaften der so hergestellten Sperrschicht-Fotozellen
als eine Funktion der verschiedenen Bedingungen der elektrochemischen Behandlungen.
Es ist leicht zu sehen, daß die notwendigen Bedingungen zur Herstellung einer Leerlaufspannung
von mehr als 0,4 Volt und eines Kurzschlußstromes von mehr als 10 mA je Flächeneinheit
die folgenden sind: 1. Die Konzentration der Kupfer(II)fiuorborat-oder der Kupfer(II)nitratlösung
ist höher als 0,10/0.
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2. Die angelegte Stromdichte beträgt zwischen 0,05 und 5 mA/cm 2.
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3. Die Behandlungsdauer ist länger als 10 Minuten. 4. Die Temperatur
der Badlösung liegt zwischen 0 und 60'C.
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Die Spektralempfindlichkeitskurven der Fotozelle werden auch in der
F i g. 4 gezeigt.
| Tabelle II |
| Spezifischer Wirkungs- |
| Sinter- Gesinterte grad des |
| p temperatur elektrischer Dichte Sperrschicht- |
| Widerstand |
| Fotoeffektes |
| 4'' (IC) (Ohm - cm) (g/cm3) (oh) |
| 1 700 120 4,32 1 |
| 2 750 100 4,60 3 |
| 3 800 7 4,70 6 |
| 4 850 1 4,70 7 |
| 5 900 0,5 4,56 4 |
| 6 950 5 4,41 1 |
| 7 850 370 4,65 1 |
| 8 850 54 4,65 3 |
| 9 850 11 4,61 3 |
| Tabelle III |
| Bedingung für die elektrochemische Behandlung Tempe- Sperrschicht-Fotoeffekt |
| Nr. Elektrolyt Lösungs- Stromdichte Dauer ratur Leerlauf- KurzschluB- |
| konzentration Spannung Strom |
| (oh) |
| (mA/cma) (Std.) (° C) Vo (Volt) |
| I" (mA/cmE) |
| 1 Kupfer(II)-fiuorborat 0,1 0,5 2 25 0;47 12,6 |
| 2 4,5 0,5 2 25 0,45 35,0 |
| 3 45 0,5 2 25 0,44 28,6 |
| 4 4,5 0,05 2 25 0,44 11,5 |
| 5 4,5 5,0 2 25 0,43 24,1 |
| 6 4,5 0,5 0;2 25 0,47 10,4 |
| 7 4,5 0,5 3 25 0,40 24,9 |
| 8 4,5 0,5 2 0 0,48 18,7 |
| 9 4,5 0,5 2 60 0,38 10,3 |
| 10 Kupfer(II)-nitrat 0,1 0;5 2 25 0,46 12,5 |
| 11 5 0,5 2 25 0,45 34,5 |
| 12 30 0,5 2 25 0,45 24,7 |
| 13 5 0,05 2 25 0,44 11,4 |
| 14 5 5 2 25 0,43 18,0 |
| 15 5 0,5 0;2 25 0,47 9,2 |
| 16 5 0,5 3 25 0,41 28,8 |
| 17 5 0,5 2 0 0,48 8,7 |
| 18 5 0,5 2 60 0,39 11,4 |