DE1639164C3

DE1639164C3 - förmigen Elektroden und Verfahren zur Herstellung dieser Zelle

Info

Publication number: DE1639164C3
Application number: DE19681639164
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Tokio Diaya
Original assignee: Caron KX., Tokio
Priority date: 1967-02-27
Filing date: 1968-02-26
Publication date: 1976-01-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine photoeleksche Zelle für photometrische Zwecke, die auf einem isolierenden Träger eine photoleitende Schicht aufweist, auf der kammförmige Elektroden aus nicht photoleitendem Material angebracht sind die mit der photoleitenden Schicht einen im wesentlichen nicht gleichrichtenden Kontakt bilden.

Eine solche photoelektrische Zelle ist aus der DT-AS 10 93 924 bekannt.

Bisher wurden die herkömmlichen photoelektrischen Zellen, besonders diejenigen die für photoeraphische Zwecke bestimmt sind, so hergestellt, daß eine photoleitende Schicht dadurch gebildet wird, daß photoleitendes Material auf einen isolierenden Schichtträger aufgeschichtet wird und metallische Elektrodenplatten auf die Schicht aufgelegt werden. Beispielsweise wurden photoelektrische Zellen vom sogenannten Siniertyp allgemein verwendet, die in der Weise hergestellt wurden, daß eine wäßrige Lösung von photoleitenden Sulfiden, die CdS oder CdSe auf den Schichtträger, beispielsweise aus keramischem Material, in einer geeigneten Dicke aufgesprüht wurde, worauf das besprühte Produkt in e=nem Ofen zur Bildung der photoleitenden Schicht gesintert und dann kammartige Metallelektroden auf die photoleitende Schicht mittels Spritztechnik aufgebracht wurden.

Bei photoelektrischen Zellen zur Verwendung in der Photometrie wird der sogenannte Flächenwiderstand R in Ω/Quadrat angegeben. Diese Größe bedeutet nicht den spezifischen Widerstand des Materials, sondern den Widerstand, wie er an einer quadratisch begrenzten Schicht, die an zwei sich gegenüberliegenden Seiten kontaktiert ist, gemessen wird. Der Wert ist dabei von der Größe des Quadrats unabhängig und beträgt old, wobei ο der spezifische Widerstand des Materials und d die Schichtdicke ist. Der Zusammenhang zwischen dem Flächenwiderstand und der Beleuchtungsstärke in Lux kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

R = k/l·,

wobei k für den Flächenwiderstand bei der Beleuchtungsstärke 1 Lux steht und γ eine Konstante ist, welche die spezifischen Werte der jeweiligen photoelektrischen Zellen berücksichtigt. Daher erhält man, wenn beide Seiten der obigen Gleichung logarithmic« werden.

log R = log k — ylog /.

Daher sind der Logarithmus des Widerstands JR der photoelektrischen Zelle und der Logarithmus der Beleuchtungsstärke / zueinander linear. Wenn eine derartige photoelektrische Zelle in einer photometrischen Schaltung eingesetzt wird, treten die nachfolgenden Schwierigkeiten auf: Es sei z. B. eine photometrische Reihenschaltung betrachtet, bei der die photoelektrische Zelle, das Galvanometer zur Anzeige des Belichtungswertes, ein Kompensationswiderstand und eine Batterie in Reihe geschaltet sind. Bei einfallendem Lichtstrom verändert sich der Flächenwiderstand R der photoelektrischen Zelle in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke / nach der vorstehend angegebenen Gleichung, wodurch der durch das Galvanometer fließende Strom eingestellt und angezeigt wird. In diesem Falle ist der Betrag des durch das Galvanometer und die photoelektrische Zelle fließenden Strons nicht proportional zur Beleuchtungsstärke /. Aas diesem Grunde ist, wenn die

Munesstärke / sehr klein oder sehr groß ist,

r Änderung des durch das Galvanometer und die

-MrfpVtrisrhe Zelle fließenden Stroms, bezogen auf

• Ändemng des Logarithmus, der Beleuchtungs-

- C I kiemer als bei mittlerer Beleuchtungsstärke.

^5U?„ _e:_ner photometrischen Schaltung ist es jedoch

Strom durch die streifenförmigen Widerstandsteile der Elektroden im Vergleich zu dem durch die ganze Zelle fließenden Strom. Der Strom wird hauptsächlich durch die photoleitende Schicht und nicht durch die streifenförmigen Widerstandsteile der Elektroden bestimmt, wodurch die Charakteristik der Beleuch-

⁵ " er nhotometrischen Schaltung ist es jedoch bestimmt, wodurch die cnaraKierisiiK uer ucicuwu-

e.ner η ^ ^ _{Galvanometerstrom zum} tungsstärke gegenüber dem Flächenwiderstand m der

^oft ^ϊνΖ,,ς der Beleuchtungsstärke proportional ist. Zelle praktisch nur von der photoleitenden Schicht

kt b»i den bekannten photoelektrischen beeinflußt wird, so daß der durch die photoelektnscne

■ Photometrie sehr io Zelle fließende Strom im wesentlichen proportional

tionai zu dem LOgamnmus ucr dcicuohiuuj«""'-Daher kann diese photoelektrische Zelle in einer einfachen photometrischen Schaltung in einem weiten Bereich eingesetzt werden. .

Andererseits muß, um die erwartete Kennlinie bei der erfindungsgemäß ausgebildeten photoelektrischen Zelle zu erzielen, in geeigneter Weise die Qualltat der photoleitenden Schicht, die Ausbildung der auf dem Körner geformten Elektroden und die Zahl der

nhotoelektriscnen «u™ ... ^...—„„.. --·

nhotometrischen Schaltung verwendet werden, so daß die Anordnung sehr kompliziert ist und außerdem verschiedene Arten von Mängeln aufweist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine photoelektrische Zelle bereitzustellen, bei der der durch sie fließende Strom über einen weiten

ISCl H, uau ~w ~

ms der Beleuchtungsstärke proportional ist.

;r ist bei den bekannten photoelektrischen uccmnuoi wuu,»i uao uc. uu._L._lu.w _P..v^

du· Einsatzbereich in der Photometrie sehr io Zelle fließende Strom im wesentlichen proportional gering. Die französische Patentschrift 13 24 659 be- dem Logarithmus der Beleuchtungsstärke über einen schreibt eine Anordnung mit einer Kompensations- weiten Bereich ist.

schaltung, in der ein nichtlineares Element, wie Bei der vorangehend beschriebenen photoelek-

beispielsweise eine photoelektrische Zelle, eine trischen Zelle ist der durch die Zelle fließende Strom Diode oder ein Transistor hintereinander oder par- 15 über einen weiten Bereich im wesentlichen proporallel zur photoelektrischen Zelle vorgesehen ist. Bei tionai zu dem Logarithmus der Beleuchtungsstärke, dieser Anordnung ist der Bereich der Proportionalität Daher kann diese photoelektrische Zelle in einer einzwischen dem Strom und dem Logarithmus der Be- - - . . .— ...__;.—

leuchtungsstärke erweitert. Nach der vorveröffentlichten japanischen Patentanmeldung 11.300/1964 ist eine Anzahl photoelektrischer Zellen mittels Widerständen verbunden, um den photometrisch wirksamen Bereich zu vergrößern.

Bei den bekannten Meßeinrichtungen ist eine korn- dem K-orper getormten nieKiruucu uuu mv ~~... _.. plizierte Kompensationsschaltung erforderlich, bei 25 Kammzähne der Elektrode ausgewählt werden. welcher besondere Elemente oder eine Vielzahl von Außerdem bestimmt die Art und die Qualität der photoelektrischen Zellen in Kombination mit der Elektroden die Kennlinie der photoelektrischen ..-.„^»tricrhen Schaltung verwendet werden, so daß Zelle. Werm die Eigenschaften der photoleitenden

Schicht und der auf dieser gebildeten Elektroden verschieden sind, entsteht auf Grund der unterschiedlichen Austrittsarbeit an der Grenzfläche eine

_w,„^ _r._ Potentialbarriere. Wenn z.B. aus Metall hergestellte

der durch sie fließende Strom über einen weiten Elektroden auf die photoleitende Schicht aus HaIb-Bereich proportional zum Logarithmus der Beleuch- leitermaterial aufgebracht werden, fließen Elektronen tungsstärke ist, ohne daß dafür besondere zusatz- 35 nur von der photoleitenden Schicht mit der kleineren liehe Schaltungsmaßnahmen erforderlich sind. Austrittsarbeit zu den Metallelektroden, wobei an

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einer - - - . · »_:..„ r^orfly^Vien-

photoelektrischen Zelle der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zumindest die der jeweils anderen Elektrode zugewandten streifenförmigen Teile einer jeden Elektrode einen Flächenwiderstand aufweisen, der dem Mittelwert des Flächenwiderstandes der photoleitenden Schicht innerhalb des Bereiches

zwischen der oberen und unteren Grenze des vor- cnaraiuensuK. zwirnen u-. _P,.^„.

gesehenen photometrischen Bereiches der Beleuch- 45 und den Elektroden in der photoelektrischen Zelle tungsstärke entspricht. besteht. Die Potentialbarriere wird gewöhnlich herab-

Die erfindungsgemäß ausgebildete photoelektnsche gesetzt, wenn die photoleitende Schicht mit starkem Zelle besitzt somit Elektroden, deren Flächenwider- Licht bestrahlt wird, so daß die Gleichrichterstand ganz oder teilweise auf einen relativ hohen charakteristik eine viel geringere Rolle als bei nied-Wert eingestellt ist. Wenn die auf dem Schichtträger 50 riger Beleuchtungsstärke spielt. Daher ist, wenn eine gebildete photoleitende Schicht bei geringer Be- Gleichrichtercharakteristik zwischen der photoleitenleuchtungsstärke einen hohen Flächenwiderstand hat, den Schicht und den Elektroden besteht, der Kontaktwird durch den Flächenwiderstand der Elektroden widerstand zwischen dem photoleitenden Material der gesamte spezifische Widerstand der photoelek- und dem Material der Elektroden im Bereiche niedtrischen Zelle nicht so sehr beeinflußt, so daß das 55 riger Beleuchtungsstärke verhältnismäßig groß und Verhältnis der Änderung des Flächenwiderstands der Flächenwiderstand der photoelektrischen Zelle zur Änderung der Beleuchtungsstärke der photo- wird nicht herabgesetzt, so daß die erwarteten Kennleitenden Schicht für sich aufrechterhalten wird. linien nicht realisierbar sind. Ferner verursacht solch Wenn die Beleuchtungsstärke Werte im mittlerer. ein Elektrodenkontakt einen Driftstrom oder eine Teil des gemessenen Beleuchtungsstärkebereichs an- 60 Ansprechverzögerung, so daß das angestrebte Ernimmt und der Flächenwiderstand der photoleitenden gebnis nicht erhalten werden kann. Schicht und der Elektroden etwa gleich sind, wird Mit Rücksicht auf die vorstehenden Ausführungen

das Verhältnis der Änderung des Flächenwider- müssen die Elektroden der erfindungsgemäß ausgestandes zur Änderung der Beleuchtungsstärke infolge bildeten photoelektrischen Zelle zwei Bedingungen des Flächenwiderstandes der Elektroden klein. Wenn 65 erfüllen:

der Flächenwiderstand der photoleitenden Schicht 1. Die Elektroden haben einen Flächenwiderstand

infolge einer erhöhten Beleuchtungsstärke abnimmt, entsprechend dem Mittelwert des Flächenwiderfließt nur ein kleiner und im wesentlichen konstanter Standes innerhalb der oberen und der unteren Grenze

Austrittsarbeit zu den Metallelektroden, wobei an den Metallelektroden eine negative Oberflächenladung entsteht, während die photoleitende Schicht positiv aufgeladen wird.

Wie erwähnt, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen der photoleitenden Schicht und den Elektroden in Abhängigkeit von den Materialeigen-· schäften. Dies bedeutet, daß eine Gleichrichtercharakteristik zwischen der photoleitenden Schicht

d den Elektroden in der photoelektrischen Zelle

des photometrischen Bereiches der photoleitenden Schicht.

2. Die Elektroden haben keine Gleichrichtereigenschaft oder nur eine geringe Gleichrichtereigenschaft mit der photoleitenden Schicht.

Um eine photoelektrische Zelle zu erhalten, welche die gewünschten Eigenschaften besitzt, die den beiden vorgenannten Bedingungen Rechnung tragen, werden die Elektroden der photoelektrischen Zelle aus einem Material hergestellt, welches im wesentlichen das gleiche Material wie das der photoleitenden Schicht ist und praktisch keine Photoleitfähigkeit aufweist. Gemäß der ersten Bedingung können, wenn der gewünschte Flächenwiderstand vom Gesichtspunkt der Fertigung aus oder auf Grund anderer Bedingungen schwierig zu erzielen ist, die Elektroden aus einem Material oder mehreren Materialien ausgewählt werden, deren Leitfähigkeit derjenigen der photoleitenden Schicht ähnlich ist, damit das photoleitende Material den gewünschten Flächenwiderstand erhalten kann. Gemäß der zweiten Bedingung werden die Elektroden aus dem gleichen Material wie die photoleitende Schicht hergestellt, das praktisch keine Photoleitfähigkeit besitzt, so daß, wenn die Elektroden und die Schicht miteinander in Kontakt gebracht werden, keine Potentialbarriere zwischen den beiden entsteht und keine Gleichrichtereigenschaft auftritt. Da gemäß der zweiten Bedingung nur eine vernachlässigbare Potentialbarriere zwischen den Elektroden und der photoleitenden Schicht entsteht, können die beiden vorerwähnten Bedingungen befriedigt werden.

Im allgemeinen können als photoleitendes Material für die photoelektrische Zelle Il-VI-Verbindungen, wie CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe oder ZnO, feste Lösungen von Cd(S.Se), (Zn.Cd)S, oder TII-V-Verbindungen, wie GaP, InSb und die ähnlichen Elemente der Gruppe IV, wie Ge und Si, und organische photoleitende Materialien wie Anthrazen oder Polyvinylkarbazol, verwendet werden. Im besonderen sind als photoleitendes Materia! zur Photometric im sichtbaren Bereich CdS und CdSe unter den II-VI-Verbindungen besonders ausgezeichnet.

Wie erwähnt, werden die Elektroden aus dem gleichen Material wie die photolcitende Schicht oder aus einer oder mehreren Arten von Materialien ausgewählt, deren Austrittsarbeit derjenigen der photoleitenden Schicht ähnlich ist, wobei dieses Material jedoch keine Photoleitfähigkeit wie die photoleitenden Materialien besitzt.

Im allgemeinen kann man den Flächenwiderstand des Materials oder das Auftreten bzw. Nichtauftreten von Photoleitfähigkeit dadurch regeln, daß eine Abweichung von der stöchiometrischen Zusammensetzung eingestellt wird oder geeignete Verunreinigungen zugesetzt werden. Wenn z. B. CdS von stöchiometrischer Zusammensetzung unter Vakuum erhitzt wird, wird ein Teil des Schwefels verdampft, so daß Cadmium im Überschuß vorhanden ist, wodurch der Widerstand herabgesetzt und CdS ohne wesentliche Photoleitfähigkeit erhalten wird. Wenn CaCl, dem CdS von stöchiometrischer Zusammensetzung zugesetzt und das Gemisch wärmebehandelt wird, tritt Chlor in das CdS als Donator ein, wodurch CdS von geringem Flächenwiderstand und Photoleitfähigkcit erhalten werden kann.

Andererseits ist, wenn CdS von stöchiometrischer Zusammensetzung unter Schwefeldampf erhitzt wird, der Überschuß an Cd gering, so daß CdS von hohem Flächenwiderstand und geringer Photoleitfähigkeit erhalten werden kann. Wenn Cu zugesetzt und das Gemisch wärmebehandelt wird, tritt Cu als Akzeptor ein, und der Flächenwiderstand wird erhöht, wodurch CdS erhalten werden kann, das Photoleitfähigkeit zeigt.

Es ist daher mit Hilfe der vorangehend beschriebenen Maßnahmen möglich, Elektroden herzustellen, die aus dem gleichen Material wie die photoleitfähige Schicht bestehen, den beiden vorerwähnten Bedingungen (1) und (2) Rechnung tragen und keine Photoleitfähigkeit aufweisen. Es ist möglich, die Photoleitfähigket und den Flächenwiderstand einzustellen, wenn das photoleitende Material als Elektrodenmaterial geeignet ausgewählt ist, selbst wenn es von dem Material der photoleitenden Schicht verschieden ist. Vorangehend wurde erläutert, daß es

ao möglich ist, die gewünschte photoelektrische Zelle dadurch herzustellen, daß der Flächenwiderstand und die Photoleitfähigkeit der als Elektrodenmaterial zu verwendenden photoleitenden Materialien durch eine Abweichung von der stöchiometrischen Zusammensetzung eingestellt wird. Ferner wurde festgestellt, daß. wenn CdS als Elektrodenmaterial aus den photoleitenden Materialien ausgewählt wird, sich bei der Herstellung der Elektroden durch Aufspritzen des Materials auf die photoleitende Schicht die stöchiometrische Zusammensetzung und damit der spezifische Widerstand mit der Dicke des aufgespritzten Films, der Temperatur des Schichtträgers und der Temperatur der Spritzwelle über einen bemerkenswert großen Bereich verändert.

Daher ist es, wenn CdS als Elektrodenmaterial zur Bildung der Elektroden auf der photoleitenden Schicht durch Aufspritzen verwendet wird, leicht möglich, aufgespritzte Elektroden mit einem gewünschten Flächenwiderstand herzustellen, indem die Bedingungen, wie die Dicke des aufgespritzten Films, die Temperatur des Schichtträgers und die Temperatur der Spritzquelle in geeigneter Weise kombiniert werden. Besonders die photoelektrische Zelle, welche unter Verwendung von CdS für die

photoleitende Schicht hergestellt wird, ist zur Photometric im sichtbaren Bereich besonders geeignet, weil mit diesem Material keine Sperrschicht an der Kontaktfläche zwischen der photoleitenden Schicht und der Elektrode, sondern ein näherungsweise ohmschei

Kontakt entsteht. Aber auch wenn andere photoleitende Materialien als CdS für die photoleitende Schicht verwendet werden, wird eine verhältnismäßig geringe Gleichrichtereigenschaft zwischen der photoleitenden Schicht und der CdS-Elektroden erhalten.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand vor Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Γ i g. 1 ein Schaltbild einer photometrischen Schaltung, in welcher eine photoelektrische Zelle verwendet wird,

Fig. 2 eine Kurve, welche die Beleuchtung-Strom· Kennlinie der photoelektrischen Zelle darstellt,

F i g. 3 eine Kurve, bei welcher die Beleuchtungsstärke gegenüber dem Flächenwiderstand der photo-

elektrischen Zelle aufgetragen ist,

F i g. 4 eine Draufsicht der Ausführungsform einei photoelektrischen Zelle,

Fig. 5 die Gleichrichtungscharaktcristik zwischcr

der photoleitenden Schicht und der Elektrode in der erfindungsgemäß ausgebildeten photoelektrischen Zelle,

Fig. 6 und 7 eine Kurve, welche die Beleuchtungsstärke gegenüber dem Flächenwiderstand der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Zelle darstellt, und

Fig. 8 bis 13 graphische Darstellungen, welche die Kennlinien der aufgespritzten CdS- bzw. CdSe-Schichten zeigen. »o

Die in F i g. 1 dargestellte photometrische Schaltung, bei welcher eine herkömmliche photoelektrische Zelle A verwendet ist, besitzt weiter einen Kompensationswiderstand B, eine Batterie C und ein Galvanometer D zur Anzeige des Belichtungswertes.

Die Kennlinie der Beleuchtungsstärke gegenüber dem Flächenwiderstand der in der herkömmlichen photometrischen Schaltung verwendeten photoelektrischen Zelle ist in den F i g. 3 und 6 durch die mit »α« bezeichnete Kurve dargestellt. Wie ersichtlich, ist der Logarithmus des Flächenwiderstandes R der photoelektrischen Zelle proportional zu dem Logarithmus der Beleuchtungsstärke. Daher ist der durch das Galvanometer D fließende Strom ί nicht proportional dem Logarithmus der Beleuchtungsstärke. Wenn die Beleuchtungsstärke / sehr klein oder sehr groß ist, ist die Änderung des Stroms i in bezug auf die Änderung von log / klein, während im Falle einer mittleren Beleuchtungsstärke die Änderung des Stroms / groß wird (wie durch c in F i g. 2 dargestellt). Im Belichtungsmesser ist es oft erwünscht, daß der Strom proportional dem Logarithmus der Beleuchtungsstärke ist. Der Logarithmus der Beleuchtungsstärke wird als »Belichtungswert« und im besonderen, wenn die Basis des Logarithmus 2 ist. als »Lichtwert« bezeichnet. Im allgemeinen wird, wenn der Belichtungswert bzw. der Lichtwerl um eine Stufe zunimmt, die Beleuchtungsstärke um das Zehnfache bzw. Doppelte verändert. Ein solcher Belichtungswert oder Lichtwert ist besonders zweckmäßig zur Darstellung des weiten Bereichs der Beleuchtungsstärke. Daher verändert sich, wie durch die Kurve »r« in F i g. 2 gezeigt, der durch das Galvanometer fließende Strom 1 wesentlich im Mittelbereich der Beleuchtungsstärke und der Logarithmus der Beleuchtungsstärke ist proportional zu dem Strom, so daß in diesem Bereich eine genaue Photometrie vorgenommen werden kann. Der Mittelbereich der Beleuchtungsstärke erstreckt sich jedoch nicht über einen weiten Bereich der Beleuchtungsstärke, sondern ist auf einen schmalen Bereich beschränkt.

Nachfolgend wird eine photoelektrische Zelle gemäß der Erfindung in Verbindung mit der F i g. 4 beschrieben. Fi g. 4 zeigt eine photoleitende Schicht 1 auf einem isolierenden Schichtträger, z. B. aus Keramik, von geeigneter Dicke; Metallelektroden 2 und 2' sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der photoleitenden Schicht 1 angebracht; streifenförmige Halbleiterelektroden 3 und 3' von relativ höherem Flächenwiderstand sind auf der Oberfläche der halbleitenden Schicht 1 vorgesehen, deren eines Ende jeweils mit den Metallelektroden 2 und 2' verbunden ist. Die Anordnung und die Zahl der Halbleiterelektroden 3 und 3' kann entsprechend den gewünschten Kennlinien und dem Bereich der Beleuchtungsstärke des zu messenden Lichts gewählt werden.

Die folgende Diskussion ist auf eine Ausführungsform der photoelektrischen Zelle gerichtet, bei welcher der photometrischc Bereich der Beleuchtungsstärke zwischen 0,01 und 10000 Lux liegt, während der Mittelbereich der Beleuchtungsstärke in der Nähe von 10 Lux liegt. In diesem Falle wird Cadmiumsulfid für die photoleitende Schicht 1 verwendet und Cadmiumsulfid, welches im wesentlichen keine Photoleitfähigkeit aufweist, wird als Widerstandsmaterial für die Elektroden verwendet.

Bei dem in F i g. 4 gezeigten Ausfühmngsbeispiel ist der CdS-FiIm gleichmäßig auf den rechteckigen keramischen und isolierenden Schichtträger mit einer Breite / von 7 mm und einer Länge m von 15 mm zur Bildung der photoleitenden Schicht 1 aufgebracht.

Die jeweiligen Flächenwiderstände der photoleitenden CdS-Schicht sind unter den verschiedenen Beleuchtungsstärken wie folgt gegeben:

Beleuchtungsstärke	0.01	0,1	1	10
(Lux)
Flächenwiderstand	161	23,4	3,51	0.585
(ΜΩ/Quadrat)

100 1000 10 000

0,108 0,269 0,00702

An einander gegenüberliegenden Seiten der photoleitenden CdS-Schicht sind als Metallclektroden 2 und 2' Zinnelektrodcn geformt, deren Breite η 2.2 mm und deren Länge O 7,6 mm beträgt.

Sodann werden vier rechteckige Elektroden mit einer Breite ρ von 0.6 mm. einer Länge q von 2.2 mm aus einem dünnen CdS-FiIm mit einer Dicke von etwa 185 mn. dessen Flächenwiderstand 370 kQ/Quadrat beträgt und der praktisch keine Photoleitfähigkeit zeigt, als Halbleiterelektrodcn 3 und 3' auf der photoleitenden Schicht 1 mit Abständen r (= 1,4 mm) von jeder der Metallelektroden 2 und 2' geformt, so daß jeder Zwischenraum zwischen den benachbarten Halbleiterelektroden 3 und 3' 0.4 mm beträgt.

Im Betrieb ist der Fiächenwidcrstand der photolcitcnden Schicht 1 innerhalb des unteren Bereichs der Beleuchtungsstärke / von 0.01 bis 0,1 Lux hoch so daß der Widerstand der streifenförmigen Halb leiterelektroden 3 und 3' nichts zum Widerstand de Schicht zwischen den Metallelektroden 2 und 2' bei trägt. In diesem Falle haben daher die Halbleiter elektroden 3 und 3' fast die gleiche Charakteristil wie im Falle der herkömmlichen Elektroden, derei Flächenwiderstand vernachlässigt werden kann, um d'c Kennlinie hat einen Verlauf, wie er im Teil b der Kurve b in F i g. 3 gezeigt ist.

Hierauf wird, wenn die Beleuchtungsstärke / etw in der Mitte des photometrischen Bereiches, d. Y innerhalb des Bereiches von 5 bis 100 Lux, liegt, de spezifische Widerstand der photoleitenden Schicht relativ niedrig, und es kommt in dem Stromwe 2—3—1—3'—2' der Flächenwiderstand der photc leitenden Schicht 1 dem Wert nahe, der mit dci

509 684 ί

Ir

9 ίο

Flächenwiderstand der Halbleiterelektroden 3 und 3' proportionaler Strom, d. h., es wird ein sogenannter

vergleichbar ist. Daher wird die Änderung des Flä- ohmscher Kontakt gebildet. Andererseits trifft an-

chenwiderstandes R zwischen den Metallelektroden nähernd das gleiche auf das Verhältnis zwischen der

2 und 2' mit der Änderung der Beleuchtungsstärke / Elektrode 3' und der photoleitenden Schicht 1 zu. Es

unter dem Einfluß der Halbleiterelektroden 3 und 3' 5 wird daher bei einer solchen photoelektrischen Zelle

offensichtlich klein, so daß sich eine Kennlinie ergibt, der Kontaktwiderstand zwischen den Elektroden und

wie sie durch den Teil fe_ä der Kurve b in F i g. 3 ge- der photoleitenden Schicht fast konstant und aul

^ze'g^l '^st- einem kleinen Wert gehalten. Wenn dagegen Elek-

Die der Mitte des Teils b., entsprechende Beleuch- troden aus einer Kohlenstoffschicht auf der gleichen

tungs&tärke beträgt nach der voranstehend gegebenen io photoleitenden CdS-Schicht geformt werden, wird als

Tabelle 1 etwa 10 Lux. Strom-Spannungskennlinie zwischen der Elektrode 3

Wenn die Beleuchtungsstärke / noch höher ist, und der photoleitenden Schicht 1 und zwischen dei d. h. innerhalb des Bereiches von 1000 bis 10000 Lux photoleitenden Schicht 1 und der Elektrode 3' die in liegt, wird der Flächenwiderstand der photoleitenden F i g. 5 gezeigte Kurve g erhalten.
Schicht 1 niedriger als der der Halbleiterelektroden 3 15 Im Betrieb wird, wenn eine Spannung von nega- und 3 und der größte Teil des Stroms fließt über tiver Polarität an die Kohleelektrode 3 angelegt wird, den Weg: Elektrode 2, photoleitende Schicht 1, Ge- eine Sperrspannung zwischen der Elektrode 3 und genelektrode 2 ohne durch die Elektroden 3 und 3' der photoleitenden Schicht 1 erhalten, und die Potenzu fließen^ Daher wird der Flachenwiderstand R tialbarriere zwischen beiden nimmt immer mehr zu, zwischen den Elektroden 2 und 2 fast allein durch 20 so daß ein bemerkenswert großer Kontaktwiderstand den Flachenwideretand der photoleitenden Schicht 1 erzeugt wird. Andererseits werden, wenn eine Spanbestimmt Dann wird das Verhältnis der Änderung nung von positiver Polarität an die Kohleelektrode 3 des Flachenwiderstandes Λ zwischen den Elektroden gelegt wird, die Elektrode 3 und die photoleitende

L ö LiÄ i TS^ ^Schkht ⁱ ^{i d} Dhlßih

g , de 3 und die phot

^Schkht ⁱ ^{in der} Durchlaßrichtung vorgespannt, wo-

Hernhöl ι f ί ΓΛΓ ^T ^{5 durch die zwischen ihnen} ™™ί Poieiuialbarriere der photoleitenden Schicht 1 zur Ande- herabgesetzt wird, so daß der durch die Halbleiter-

SterT wiiwSrcrfde⁶' T Jt ™^K™¹™ ^e'<*trSde 3 und die photolehende Schilt 1 fließende FU 3 daTesteHt ³ '" ^Str°^{m mit zu}"<*niender Spannung zunimmt. Dabei

Ke_ <f jdungsgemäß ausgebildete, photoe.ektri- 30 ^e£ff£?E^

sehe /eile hat die durch die Kurve 6 in F, g. 3 dar- Beziehung zwischen der Elektrode 3 und der photogestellte Kenn ,nie zwischen Beleuchtungsstärke und leitenden Schicht 1, jedoch gilt die gleiche Beziehung SfSfSfS^i Ρ¹¹?⁰⁶??- ^{Zwischen der} Photoleitenden Schicrft 1 und der Elek-

Zum Verlieh wurden die Halbleiterelektroden 3 stnTduTch d"ie Dektmde'f Γ nZokX und y der photoelektrischen Zelle als Kohlenstoff- S hirht ΐ ? _c, , , J* ^dÜ P^hotoleitend film ausgebildet, dessen Flächenwiderstand 370 S ₄o P₀Sa! Elektrode 3' unabhängig von dei Quadrat betrug, bei sonst gleichen Abmessungen n_Pr κ_ηη,,ι _t ■ j , , - , . ,„ wie bei dem vorangehenden Beispiel. Bei dieser de FlJkS^^ktw>derstand resümiert aus der wischer Zelle wurde die Kennlinie zwischen Beleuchtung zeLf.n P t ·*"£ ^der P^{hotole)tenden} ^Sc]"^chXJ ^eP stärke und Flächenwiderstand gemessen, wooS d e ialb_arriere f ΓΤ' ^U"^{d die} "^- ^ ^h durch die Kurve* in Fig. 3 gezeigte Kennlinie er 4s nt ," i T "(-abgesetzt, wenn die Beleuchhalten wurde. Wie sich Ls der leichnung "VbV A^ \ ^Λ* ^{ZdIe einfallenden} ^ ist der Flächenwiderstand der photoelektrischen nW« ί «V ^&° ^{daß der} Kontaktwiderstand;.erZelle bei kleinen Beleuchtungsstärken nicht wesent- "^?' % ^ ^Be^^tungsstärke herabgelieh herabgesetzt, was unerwünscht ist L^, u t ^{er Kon}^ktwiderstand bemerkens

Es wird angenommen, daß dies hauptsächlich ₅o fir Γ«, ""ΐ" ^""^ ^W'^{C dU1}"^{Ch d}'^{C KurVe}f ^

durch die Gleichrichtereigenschaft zΛvischen der nho- von η ^geztl& unerwünschte Kennlinien, welch«

!«leitenden Schicht 1 und den Halbleiterelekiroden 3 Z_dt" ™Γ ^¹"™«¹ »bwdchen. erhaltet

und 3'bedingt ist. »erden, wenn die Beleuchtungsstärke gering ist

Beispielsweise wird, wenn Halbleiterelektroden 3 trögen , fⁿ°^m,^e,^{n tntt nicht nur} auf. wenn die Elek

und 3' aus CdS, die keine Photoleitfähigkeit aufwei- « smutrn ν ^{3US einem KohlefiIm} S^{eformt sind}

sen. auf der CdS-Schicht 1 geformt werden, keine MaSl ^f ^" ^d'^{eSC EIektroden aus} T"

Potentialbarriere zwischen den Elektroden 3 und 3' eilend f ⁰-"£ ^S1"^d' ^{Welches eine} Gleichrichter

«nd der photoleitenden Schicht 1 erzeugt, sondern es aufweist "^ ^{8 SUf di}° P^{hololehende Schicht}'

entstehen ohmsche Kontakte. Es seien nun die Elek- μ_Ρ; aL α ,-λ.

lrode 3 und die photoleitende Schicht 1 und der-n 60 », λ u ^Aus ₁ ^fuhrunS^sfonT> der Erfindung zeigen di«

Kontakt miteinander betrachtet. Wenn an die Elek- den J P^{hotoleitenden} Schicht 1 geformten Elektro

lrode3 und die photoleitende Schicht 1 eine Span- _ein_P Ti ^wesentIlche Photoleitfähigkeit, haber

nung gelegt wird und der durch beide fließende ςίήπ ^eiV^{altnisITlaßl}g hohen Flächenwiderstand unc

Strom gemessen wird, wird die in Fig.5 durch die SrWrhJ 1 T ^gleichen Material wie die photoleitendf

Kurve / gezeigte Kennlinie erhalten. Wie sich aus der 6, tun« · ^h"^gestellt- ^Das Problem der Gleichrich

Zeichnung ergibt, fließt, wenn eine Spannung zwi- den !Tn ^{daher vollkommen} §^{elöst wei}

sehen der Elektrode 3 und dem photoleitenden Kör- 7=11' - ^ ^{es mö}g"^cn ist, eine photoelektrisch<

per 1 aneelegt wird, ein der Spannung annähernd "τ u T ^erwartcten Eicenschaften zu erzielen

im besonderen wird die Kennlinie der photoelek

11 «

trischen Zelle bei der erfindungsgemäßen Ausfüh- Widerstand der aufgespritzten Filmschicht aus CdS rungsform nicht durch thermische oder chemische stärker verändert als der von CdSe bei Veränderun-Reaktionen oder andere Behandlungen bei der Her- gen der Temperatur der Spritzquelle, der Dicke der stellung beeinflußt. Bei für die Elektroden verwen- Filmschicht und der Temperatur des Schichtträgers, detem Material von kleiner Photoleitfähigkeit und 5 Daher ist es, wenn diese Bedingungen in geeigneter bei einem für die photoleitende Schicht 1 verwende- Weise geregelt werden, möglich, den spezifischen ten Material, das eine zur Photometric erwünschte Widerstand der aufgespritzten CdS-Filmschicht inhohe Empfindlichkeit und spektrale Empfindlichkeit nerhalb eines weiten Bereiches einzustellen. Auch zeigt, ist es vorzuziehen. Halblciterclcktrodcn aus müssen bei der Herstellung der photoelektrischen demselben Material wie dem der photoleitenden io Zelle mit den erwarteten Eigenschaften die Anord-Schicht zu verwenden. nung und die Zahl der Elektrodenstreifen in geeigne-

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung ter Weise gewählt werden. Im besonderen hat der

der photoelektrischen Zelle wird nachfolgend in CdS-FiIm ohne weitere Behandlung keine oder nur

Verbindung mit den F i g. 6 bis 13 beschrieben. Es sehr geringe Photoleitfähigkeit, die im Vergleich zur

wird CdS für die Elektroden verwendet, und die 15 Phololeitfähigkeit der photoleitenden Schicht prak-

CdS-Elektroden werden auf die photoleitende tisch vernachlässigt werden kann. Der CdS-FiIm

Schicht aufgespritzt. Es ist erwünscht, daß das Ma- zeigt auch bei anderen photoleitenden Schichten als

terial der Elektroden einen verhältnismäßig hohen CdS nur geringe Gleichrichtereigenschaft, wie es er-

Flächenwiderstand hat und daß der Widerstandswert forderlich ist. dem Mittelwert des Flächenwiderstandes der photo- 20

leitenden Schicht zwischen der oberen und der unte- Beispiel 1 ren Grenze des photometrischen Bereiches entspricht,

und daß praktisch keine Gleichrichtereigenschaften In der in Fig.4 gezeigten Anordnung wurde eine zwischen den Elektroden und der photoleitenden gesinterte CdS-Schicht 1 mit einem Flächenwider-Schicht auftreten. Ferner ist es beim Herstcllungsver- 25 stand von 2,5 ΜΩ/Quadrat bei 1 Lux und von fahren auch wünschenswert, daß thermische oder ehe- 30 kQ'Quadrat bei 1000 Lux auf einem rechteckigen mische Reaktionen die Eigenschaften des photoleiten- keramischen isolierenden Schichtträger von 7 mm den Körpers nicht beeinflussen, daß die Veränderung Breite / und 13 mm Länge m geformt. Sodann wurder Kennlinien der Elektroden, insbesondere dieVer- den an gegenüberliegenden Seiten der photoleitenden änderung >1cs spezifischen Widerstandes derselben, 30 CdS-Schicht zwei 1 achteckige Zinnelektroden von gering ist und daß die erforderliche Anordnung der 2,2 mm Breite « und 7,6 mm Länge ο durch AufElektroden leicht geformt werden kann. Es wird als spritzen geformt. Hierauf wurden vier streifenförmige Halbleitermaterial insbesondere CdS für die Elek- CdS-Filme mit einer Breite ρ von 0,6 mm und einer troden verwendet, das zur Bildung der Elektroden Länge q von 2.2 mm als Halbleiterelektroden 3 auf die photoleitende Schicht aufgespritzt wird. Es 35 und 3' kammförmig mit Abständen von r = 1,4 mm kann eine beliebige gewünschte Anordnung aufge- zwischen den Elektroden 3 und 3' auf der photospritzt werden, wobei die Dicke des aufgespritzten leitenden Schicht 1 so aufgespritzt, daß das eine Films, die Spritztemperatur und die Temperatur des Ende mit den Metallelektroden 2 und 2' verbunden Schichtträgers geregelt werden. Es werden CdS- werden kann, wobei die Temperatur des Schicht-Elektroden geformt, die keine Photoleitfähigkeit zei- 4° trägers auf Raumtemperatur und die Temperatur der gen und einen Widerstandswert haben, der dem Mit- Spritzquelle auf 750° C eingeregelt wurde. Nachdem telwert des spezifischen Widerstandes entspricht, die Dicke des aufgespritzten Films etwa 200 mii erweichen der photoleitende Körper bei der Beleuch- reicht hatte, betrug der Flächenwiderstand der streitungsstärke zwischen der oberen und der unteren fenförmigen CdS-Elektroden 500 kΩ/Quadrat. Die Begrenzung des photometrischen Bereiches hat 45 Gcsamtcharakteristik der erhaltenen photoelektri-

Es wurde festgestellt, daß, wenn das CdS zur BiI- sehen Zelle erfüllt den beabsichtigten Zweck, wie dung eines Films aufgespritzt wird, der spezifische durch die Kurve b in F i g. 6 gezeigt. Widerstand der aufgespritzten Filmschicht sich wesentlich stärker als andere Materialien durch Regeln _ . ■ 1 -> der Dicke des Films, der Temperatur des Schicht- 50 Beispiel Z trägers und der Temperatur der Spritzquelle verändert. Auf Grund dieser Feststellung kann ein aufge- In der in Fig.4 gezeigten Anordnung wurde eini spritzter Film mit einem bestimmten spezifischen gesinterte CdSe-Schicht 1 mit einem Flächenwider Widerstand geformt werden. Es wurde durch Ver- stand von 30 ΜΩ/Quadrat bei 1 Lux und 6 kQ/Qua suche bestätigt, daß beim Aufspritzen von CdS, wie 55 drat bei 1000 Lux auf einem rechteckigen kerami in den Fig. 8 bis 10 gezeigt, die Abweichung von sehen isolierenden Schichtträger von einer Breite der stöchiometrischen Zusammensetzung desselben ■= 7 mm und einer Länge m = 13 mm geformt. So leicht in Abhängigkeit von der Dicke des aufgespritz- dann wurden rechteckige Zinnelektroden mit eine ten Films, der Temperatur des Schichtträgers und Breite π = 2,2 mm und einer Länge ο — 7.6 mm al der Temperatur der Spritzquelle verändert werden 60 Metallelektroden auf die photoleitende CdSe kann, und der spezifische Widerstand der aufge- Schicht 1 an gegenüberliegenden Seiten aufgebrach spritzten Filmschicht kann ebenfalls über einen sehr Hierauf wurden vier streifenförmige CdS-Filme m weiten Bereich verändert werden. Die Änderung des einer Breite ρ = 0,6 mm und einer Länge q i< spezifischen Widerstandes ist bemerkenswert im 2.2 mm als Halbleiterelektroden 3, 3' auf die photc Vergleich zu CdS, und sie ist von noch größerer 65 leitende CdSe-Schicht 1 mit Abständen r = 1.4 mi Bedeutung hinsichtlich anderer Halbleiter. Beispiels- zwischen den Halbleiterelektroden 3 und 3' so au: weise ergibt sich aus einem Vergleich der Fig.8 bis gespritzt, daß deren eines Ende mit der Metallelel 10 mit den Fig. 11 bis 13. daß sich der spezifische trode 2 bzw. 2' verbunden werden kann, wobei di

Temperatur des Schichtträgers auf die Raumtemperatur und die Temperatur der Spritzquelle auf 75Ö^C C eingeregelt wurde. Die Dicke des Films betrug etwa 500 πΐμ, \iad der Flächenwiderstand der streifenförmigen CdS-Elektroden betrag 80 ΜΩ/

Quadrat. Die Gesamtcharakteristik der erhalK photoelektrischen Zelle erfüllt den beabsichti Zweck, wie durch die. Kurve d in F i g. 7 gezeigt Durch Aufspritzen eines CdS-Films lassen sich genaue Elektrodenanordnup.ger. !eicht bilden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Photoelektrische Zelle für photometrische Zwecke, die auf einem isolierenden Träger eine photoleitende Schicht aufweist, auf der kammförmige Elektroden aus nicht photoleitendem Material angebracht sind, die mit der photoleitenden Schicht einen im wesentlichen nicht gleichrichtenden Kontakt bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die der jeweils anderen Elektrode zugewandten streifenförmigen Teile (3,3') einer jeden Elektrode einen Flächenwiderstand aufweisen, der dem Mittelwert des Flächenwiderstandes der photoleitenden Schicht (1) innerhalb des Bereiches zwischen der oberen und unteren Grenze des vorgesehenen photometrischen Bereiches der Beleuchtungsstärke entspricht.

2. Photoelektrische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Teile (3, 3') jeder Elektrode aus einer oder mehreren der H-VI-Verbindungen CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe und ZnO und/oder der M-V-Verbindungen GaP, InSb und/oder der organischen Stoffe Anthrazen und Polyvinylkarbazol bestehen.

3. Photoelektrische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht (1) aus einem oder mehreren Materialien aus der die Sulfide von Zink und Cadmium, die Selenide von Zink und Cadmium, die Telluride von Zink und Cadmium und die Oxide von Zink und Cadmium umfassenden Gruppe besteht und daß die streifenförmigen Teile (3, 3') der Elektroden aus einem oder mehreren Materialien der ZnS, ZnSe, CdS, ZnTe, CdSe, CdTe und ZnO umfassenden Gruppe bestehen.

4. Photoelektrische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die streitenförmigen Teile (3, 3') der Elektroden aus dem gleichen Grundmaterial wie die photoleitende Schicht (1) bestehen.

5. Verfahren zum Herstellen einer photoelektrischen Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine photoleitende Schicht auf einen isolierenden Träger aufgebracht wird und auf die photoleitende Schicht Elektroden aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die der jeweils anderen Elektrode zugewandten streifenförmigen Teile einer jeden Elektrode als Cadmiumsulfidschicnt mittels eines Aufspritzprozesses niedergeschlagen werden, wobei durch Steuerung der Dicke der niedergeschlagenen Schicht und/oder der Temperatur des Trägers und/oder der Temperatur der Aufspritzquelle die niedergeschlagenen Teile so ausgebildet werden, daß sie im wesentlichen keine Photoleitfähigkeit und einen Flächenwiderstand aufweisen, der dem Mittelwert des Flächenwiderstandes der photoleitenden Schicht im Bereich zwischen der oberen und der unteren Grenze des vorgesehenen photometrischen Bereiches der Beleuchtungsstärke entspricht.

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