DE2415399C3 - Verfahren zum Herstellen einer Sperrschichtphotozelle - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Sperrschichtphotozelle

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sperrschichtfotozelle mit wenigstens einem pn-Übergang, bei dem eine dünne Schicht aus einem fotoleitenden organischen Stoff zwischen zwei Elektroden angeordnet wird.
Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus dem Buch von Gutmann, F. und Lyons, L E.: »Organic Semiconductors«, New York (1967), Seiten 598 und 632 bis 634 bekannt. Dabei werden abwechselnd Farbstoffe mit p- und η-Leitfähigkeit übereinander im Vakuum abgelagert. Ferner wird in einem Kapitel »Ausblick und Spekulationen« diskutiert, daß möglicherweise in organischen Stoffen pn-Obergänge durch Ultraviolett-Bestrahlung oder differentielle Wärmebehandlung hergestellt werden können.
Es ist ferner bekannt, bei Sperrschichtfotozellen als fotoleitende organische Stoffe DIEN-Verbindungen oder Moleküle mit farbaktiven Atomgruppen zu verwenden (vgl. z. B. »Naturwissenschaften«, 1969, S. 308 bis 313; »Angewandte Chemie«, 77. Jahrgang 1965, Nr. 15, S. 633 bis 650).
Bei Verwendung dieser bekannten Stoffe in Sperrschichtfotozellen wurden bei der Umwandlung von optischer in elektrische Energie Ausbeuten von nicht mehr als 10~5 erreicht. Vermutlich liegt dies daran, daß dabei die Foto-EMK nur an der sehr engbegrenzten Grenzfläche zwischen dem organischen Material und dem Kontakt bzw. der verwendeten Zwischenschicht entsteht. Es handelt sich daher nur um einen Oberflächeneffekt.
Um einen Volumeneffekt wie bei den bekannten Spcrrschichtfotozellen aus anorganischen Stoffen, /.. B. aus Silizium, zu erzielen, muß man einen mindestens einige Tausendstel bis einige Zehntel Millimeter von der Oberflache entfernten pn-Obergang schaffen. Es besteht nun aber bei den für Sperrschichtfotozellen geeigneren organischen Stoffen die grundsätzliche Schwierigkeit, daß man einen pn-Übergang nicht durch Diffusion von Fremdatomen oder durch Einlagern von Fremdatomen verwirklichen kann, da die notwendige Strukturänderung der Moleküle bei den organischen Stoffen nicht durch Diffusion auf zwischenmolekulare Plätze erreichbar ist.
Der Anmeldung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung einer Sperrschichtfotozelle mit einer fotoleitenden Schicht aus einem organischen Stoff de» Leitungstyp der Schicht innerhalb eines Volumenbereichs nahe der Oberfläche in den entgegengesetzten Leitungstyp umzuwandeln, um dadurch in der Schicht einen pn-Übergang zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens eine Seite der Schicht vor dem Anbringen der Elektrode durch Ätzen der Oberfläche mit einer Mischung aus Wasserstoffperoxid, Salpetersäure und Flußsäure und/oder durch Beschüß mit Elektronenstrahlen von höherer Energie als 5 keV und höherer Beschußrate als ΙΟ14 Elektronen/cm2 derart vorbehandelt wird, daß der Leitungstyp der Schicht innerhalb eines Volumenbereichs nahe der Oberfläche in den entgegengesetzten Leitungstyp umgewandelt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, bei der Umwandlung von optischer in elektrische Energie Ausbeuten zu erreichen, die technisch interessant sind.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann die
Kontaktierung der Schicht mit leitendem metallischen oder gut halbleitendem Material, z. B. Zinndioxid, mechanisch durch Aufpressen oder durch Aufdampfen erfolgen.
Eine aus η-leitendem Grundmaterial bestehende Schicht wird von einer Seite mit Elektronenstrahlen von einer Energie größer als 5 keV mit Raten von mehr als 1014 Elektronen/cm2 beschossen, so daß an der Oberfläche p-leitendes Material entsteht. Die Zerstörung der Wasserstoffbrückenbindungen erfolgt dabei vermutlich in ähnlicher Weise, wie beim Beschüß mit 50 keV-Elektronen in Siliziumeinkristallen eine Umwandlung von n- in p-leitendes Material erzeugt wird (siehe H. Hora, z. angew. Phys. 14,9 [ 1962]).
Zur Erhöhung des optisch-elektrischen Wirkungsgrades können mehrere Schichten übereinander verwendet werden, wobei stets zwischen den Schichten ein elektrischer Kontakt mechanisch, elektrisch, durch Aufdampfen oder durch Elektrolyse in aufeinanderfolgender Weise erzeugt wird. Vorzugsweise wählt man dabei die Dicke der Schichten derart, daß die überwiegende Menge des Lichts in den aktiven Bereichen der Leitfähigkeitsübergänge absorbiert wird, während die Absorption in den übrigen Bereichen durch Wahl der optischen Absorptionseigenschaften oder durch Wahl minimaler Dicken so klein wie möglich gehalten wird.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer Sperrschichtfotozelle mit wenigstens einem pn-übergang, bei dem eine dünne Schicht aus einem fotoleitenden organischen Stoff zwischen zwei Elektroden angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Seite der Schicht vor dem Anbringen der Elektrode durch Ätzen der Oberfläche mit einer Mischung aus Wasserstoffperoxid, Salpetersäure und Flußsäure und/oder durch Beschüß mit Elektronenstrahlen von höherer Energie als 5 keV und höherer Beschußrate als 1014 Elektronen/cm2 derart vorbehandelt wird, daß der Leitungstyp der Schicht innerhalb eines Volumenbereichs nahe der Oberfläche in den entgegengesetzten Leitungstyp umgewandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktieren mit Metall oder einem Halbleiter durch Aufdampfen desselben oder Aufpressen erfolgt.
DE2415399A 1974-03-29 1974-03-29 Verfahren zum Herstellen einer Sperrschichtphotozelle Expired DE2415399C3 (de)

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