DE2759043C2

DE2759043C2 - Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Engergie durch Photoemission

Info

Publication number: DE2759043C2
Application number: DE2759043A
Authority: DE
Inventors: Gregory J. Ithaca N.Y. Williams
Original assignee: Solar Technology Associated Research Inc Ithaca Ny Us
Current assignee: Solar Technology Associated Research Inc Ithaca Ny Us
Priority date: 1976-12-30
Filing date: 1977-12-30
Publication date: 1986-03-06
Also published as: FR2376521A1; US4094703A; CA1092226A; JPS5384694A; BE862477A; JPS6148349B2; GB1583526A; IT1091691B; BR7708657A; NL7714474A; DE2759043A1; FR2376521B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Suchen einer Lösung für die immer fortwährende Aufgabe, eine wi.-ksame und praktische Quelle für elektrische Energie zu entwickeln, die keine Fossilbrennstoffe erfordert, hat man Aufmerksamkeit darauf gerichtet, Sonnenenergie nutzbar zu machen. Die Technik solche Energie direkt in elektrische Leistung umzuwandeln, hat sich in den vergangenen Jahren schnellstens entwickelt, insbesondere bei Anwendungen im Weltraum, wo an sich bekannte Energiequellen weniger als zufriedenstellend sind. Der Bedarf an einer leistungsfähigen, zuverlässigen und kompakten Quelle für verwendbare Mengen an Leistung bzw. Energie mit annehmbaren Kosten hat zur Verbreitung von photoelektrischen Vorrichtungen geführt, bei denen verschiedene Strukturen, Materialien und Verfahren verwendet werden und die hauptsächlich auf dem Prinzip von Pholosperrschichteigenschaften verschiedener Halbleiter beruhen.

Man hat verschiedene Versuche unternommen, die photoemittierenden Eigenschaften bzw. die äußeren Photoeffekteigenschaften von Metallen und Metallegierungen unter Erzeugung elektrischer Ströme mit verwendbarer Größe auszunutzen, aber solche Photocmitter wurden hauptsächlich beim Nachweis oder bei der Messung von Licht und nicht für die Erzeugung von Energie verwendet. Beispiele für solche Versuche sind in der US-PS 32 63 101 und in der US-PS 35 10 714 beschrieben. Diese beiden Druckschriften betreffen Photoemissionsvorrichtungen für die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom. Gemäß diesen Patentschriften werden großflächige Kathoden und Anoden vorgesehen, wobei weiterhin eine oder die andere Elektrode ebenfalls ein Reflektor ist, der Licht konzentriert. Diese Vorrichtungen besitzen jedoch den Nachteil, daß sie mit großer Masse behaftet, schwer /u handhaben, schwierig herzustellen und teuer sind. Sie sind daher weder für den Weltraum geeignet, wo ihre Masse und die Art der Bauart tatsächlich eine solche Anwendung ausschließen, noch für die Verwendung auf der Erde, wo die beträchtliche Größe, die für solche Vorrichtungen für nützliche Energiemengen erforderlich ist, zusammen mit ihren Kosten sie unpraktisch und ungeeignet macht.

Es ist bekannt, daß die Erscheinung der Pholocmission, bei der Elektronen von einer Oberfläche ausgeworfen werden, die sich in einem Vakuum befindet und mit Hochenergielicht belichtet wird, von vielen Materialien gezeigt wird, obgleich die Wirksamkeit b/.w. die Leistung dieser Umwandlung mit dem Material und mit der Wellenlänge des Lichts variiert. Da Licht mit kürzeren Wellenlängen einen höheren Energieinhalt besitzt, zeigen mehrere Materialien eine Photoemission bei An-

Wendungen, bei denen ultraviolettes Licht vorhanden ist, wie im Weltraum, wo die ultravioletten Strahlen nicht durch die Erdatmosphäre abgeschirmt werden. Jedoch weisen einige Metalle, wie Cäsium, wie auch Metallegierungen und zahlreiche Halbleitermaterialien die Eigenschaft auf, daß sie Elektronen bei der Belichtung init Lichtstrahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich pholoemittieren, wobei Cäsiumzellen zum Beispiel auch gegenüber Infrarotbestrahlung ansprechen.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet die Vielzahl der voneinander entfernt angebrachten Elektrodenelemente eine Reihe von Spannungszellen, die als »Solarbatterie« bezeichnet werden können und mit einer Quelle für elektrische Energie in einer elektrischen Schaltung zu einem elektrischen Kreis verbunden werden können. Die Spannung der Quelle hängt von der Anzahl der Spannungszellen ab, und die verfügbare Energie hängt von der Intensität des Lichts ab, das auf

Für dit wirksame Umwandlung von Sonnenenergie in io die Kathodenoberflächen trifft, deren Größe den-. Mate

elektrische Energie durch Photoemission ist es daher erforderlich, ein Material auszuwählen, das als Kathode dient und Elektronen in Anwesenheit von Lichtenergie emittiert und eine Anode für die Aufnahme der emittierrial der Photokathode und ähnlichen Faktoren. Obgleich der Betrieb einer photoelektrischen Vorrichtung als Energiequelle, wie oben dargelegt, im allgemeinen bekannt ist, wird durch die erfindungsgemäße Vorrich

ten Elektronen vorzusehen. Die Kathode muß durch 15 ti«ng eine ausgezeichnete Hochspannungsquelle ge-Lichtenergie der geeigneten Wellenlänge stark illumi- schaffen, die demgegenüber eine beträchtliche Leistung

nierbar sein, so daß die Emission einer großen Elektronenmenge sichergestellt ist, und die Anode muß so vorgesehen bzw. lokalisiert sein, daß sie einen hohen Anteil der Elektronen auffängt. Jedoch muß die geometrische Anordnung der Anode und der Kathode so sein, daß die Anode keinen Schatten auf die Kathode wirft, so daß eine maximale Ausnutzung der Kathodenoberfläche erhalten wird. Außerdem muß die Anode selbst so angewirksam und nutzbringend abgibt und dabei trotzdem einfach aufgebaut und somit kostengünstig herstellbar ist.

Die Erfindung ist in ihrer energieliefernden Leistung aus verschiedenen Gründen einzigartig. Erstens führt die Bauart selbst zu einer Mikrominiaturisierung der Geometrie, ohne daß Produktionsschwierigkeiten oder -Unmöglichkeiten auftreten. Eine solche Verkleinerung

bracht bzw. so gelagert sein, daß Licht nicht auf sie fällt, 25 ermöglicht einen engen Abstand der elektronenemittiedamil nicht die Photoemission aus der Anodenoberflä- renden uid der elektronensammelnden Oberflächen, ehe den wirksamen Vorwärtsstromfluß verringert; alternativ muß die Anode aus einem nichtemittierenden

Material hergestellt sein.

und dadurch wird auf sehr zweckdienliche Weise die Hauptschwierigkeit der Raumladungsbegrenzung des Stromflusses vermieden. Zweitens findet wegen der ein-

Man hat zahlreiche Solarenergieumwandler ei.twik- 30 zigartigen Geometrie bei der vorliegenden Erfindung kclt, die die Fähigkeit der Materialien, Elektronen zu kein Blockieren des hereinkommenden Lichts durch photoemittieren, ausnutzen, jedoch besitzen sie alle Elektronensammeloberflächen statt, so daß die elektro-Nachteile. Viele sind schwierig und nur unter großem nenemittierenden Oberflächen die volle Wirkung der Zeitaufwand herzustellen, viele erfordern außerge- einfallenden Strahlung aufnehmen. Schließlich stellt die wohnliche bzw. exotische Materialien, die teuer und 35 einzigartige Geometrie bei der vorliegenden Erfindung schwierig zu handhaben sind, und viele sind hinsichtlich sicher, daß im wesentlichen alle photoemittierten Elekihrer Anwendungen begrenzt und können beispielswei- tronen, die ausreichende Energie besitzen, so daß sie bei se nicht im Weltraum und in Erdumgebungen verwen- der Erzeugung von Strom nützlich sind, Bahnen folgen, dct werden. Zusätzlich unterliegen viele der bekannten die sie zu den Elektronensammeloberflächen führen. Vorrichtungen Raumladungsbegrenzungen, durch die λο Das heißt, von den Elektronen, die ausreichende Enerwesentlicher Stromfluß verhindert wird, und da- gie besitzen, so daß sie von Nutzen sind, werden im

wesentlichen keine: elektrostatisch zu der elektronenemittierenden Oberfläche reflektiert, aus der sie abgegeben werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform,·

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine modifizierte Version der Vorrichtung der Fig. 1, welcher eine modifizierte Form der photoemittierenden Elektrode und des

durch wird ihre Anwendbarkeit als Energiequellen stark eingeschränkt.

Weiter ist aus der US-PS 32 18 196 eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie durch Photoemission bekannt, die ein transparentes evakuiertes Gehäuse aufweist, in dem eine Vielzahl von Photokathoden und Anoden so angeordnet ist, daß einfallendes Licht eine Photoemission nur von den Photokathoden erzeugt und die emittierten Elektronen von den Anoden eingefangen werden. Diese Einrichtung ist jedoch verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und in ihrer Leistungsfähigkeit beschränkt.

Ausführungsform, in der eine modifizierte photoemittierende Elektrode verwendet ist;
Fig.4 einen Paitialquerschnitt durch eine weitere

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im 55 Isolationsträgermaterials zeigt;

Oberbegriff des Patentanspruchs! angegebenen Art so F ig. 3 einen Partialquerschnitt durch eine andere

auszubilden, daß sie bei hohem Wirkungsgrad eine kompakte, vielseitig verwendbare Bauart und eine hohe Ausgangsspannung besitzt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des 60 Ausführungsform; Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. F ig. 5 einen Partialquerschnitt durch eine andere

Zwar ist aus der US-PS 29 19 364 eine Photozelle bekannt, die parallel zueinander angeordnete Photokathoden und Anoden aufweist, welche sich jedoch nicht auf gemeinsamen Elektrodenelementen befinden und auch nicht in Serie geschaltet sind. Im übrigen dient die bekannte Photozelle auch nicht der Energieumwandlung.

Ausführungsform; und

F i g. 6 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Vorrichtung gemäß F i g. 5.

In Fig. 1 ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie dargestellt. Die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie ist hier nur in schematischer Form zur Erläuteruns des

auftretenden Prinzips gezeigt und umfaßt eine Vielzahl von Elektrodenelementen 12,13,14 und 15, die auf einer elektrisch isolierenden Trägerbasis 18 innerhalb eines Gehäuses 20 montiert sind. Die Elektrodenelemente 12 bis 15 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material 5 aufgebaut oder damit beschichtet, das photoemittierend ist. Das besondere, für die Elektrodenelemente ausgewählte Material hängt von der Verwendung der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie ab und somit von den Ausgangsleistungsenergieerfordernissen, dem Ort und der Umgebung der Vorrichtung, der von dem Material geforderten Umwandlungsleistung und von ähnlichen Faktoren. Wenn z. B. die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie mittels einer Lichtquelle mit einer starken Konzentration an ultravioletten WeI- is lenlängen betrieben wird, kann das Material ein Metall, wie Aluminium, sein, das entsprechend dem Auftreffen der ultravioletten Strahlen photoemittierend wirkt, das aber gegenüber Licht mit längeren Wellenlängen weniger anspricht und eine geringe Photoemissionsfähigkeit in Anwesenheit von sichtbarem Licht zeigt. Ein solches Material wäre bei Weltraumanwendungen nützlich, z. B. wo die Erdatmosphäre die ultravioletten Komponenten des Lichts von der Sonne nicht absorbieren kann, es wäre jedoch weniger zufriedenstellend bei der Um-Wandlung von Solarenergie bei Erdanwendungen. Wenn andererseits die Vorrichtung verwendet werden soll, wo ein Ansprechen auf einen größeren Wellenlängenbereich gewünscht wird, kann ein elektrisch leitfähiges Material, in das eine photoemittierende Verbindung oder Legierung, die Cäsium enthält, eingearbeitet ist, das gegenüber einem großen Spektrum von Lichtwellenfrequenzen anspricht, verwendet werden. Auf jeden Fall sind Cäsium enthaltende Materialien und andere, vor kurzem entwickelte Photoemitter bevorzugt gegenüber Materialien, wie Aluminium, da sie zusätzlich zu ihrem Ansprechen auf einen breiteren Längenwellenbereich, einen größeren Fluß an Elektronen entsprechend einer gegebenen Menge an einfallendem Licht bilden. Beispielsweise beträgt der Quantenwirkungsgrad für einen guten, photoemittierenden Überzug das 1000- bis 100 OOOfache des Wertes von üblichem Metall, und daher werden solche Materialien bei der vorliegenden Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie bevorzugt verwendet

Die Elektrodenelemente 12 bis 15 können in einer Vielzahl von Arten gebaut werden, abhängig von dem verwendeten Material, und nach an sich bekannten Verfahren. Die Elektrodenelemente 12 bis 15 können so einfach aus Aluminium- oder anderen Metallblechen bzw. -platten geschnitten werden, öder sie können durch Laminierung oder Beschichten eines photoemittierenden Materials auf ein geeignetes, elektrisch leitfähiges Grundmaterial erzeugt werden. Wegen der großen Anzahl an verfügbaren Materialien, die die erforderlichen Eigenschaften hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit und der Photoemissionsfähigkeit zeigen, kann das besonders verwendete Material in Abhängigkeit von seiner Eignung ausgewählt werden und in Abhängigkeit von den relativen Kosten des Materials, seiner Verfügbarkeit, seiner Stabilität in der besonderen Umgebung, in der die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie betrieben werden soll, der Art der Lichtquelle, dem Quantenwirkungsgrad des Materials und in Abhängigkeit von ähnlichen Faktoren.

Die Trägerbasis 18 kann aus Epoxy-, Keramik- oder anderem elektrisch isolierendem Material hergestellt sein, aber auch hier hängt das besondere Material von solchen Faktoren, wie der Umgebung, in der die Vorrichtung betrieben wird, ab. Wenn die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie in einer von einem Gehäuse gebildeten geschlossenen Vakuumkammer betrieben wird, muß das Grundmaterial aus einem Material mit niedrigem Dampfdruck konstruiert sein, so daß es die Eiektrodenelemente oder das umgebende Vakuum nicht verunreinigt. Verformbare Materialien, wie Epoxyverbindungen, sind geeignet wie auch feste, mit Maschinen verarbeitbare Materialien, wie Keramik. Wenn die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie in einem Vakuumraum betrieben wird, ohne daß ein Gehäuse die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie umgibt, werden sich die verdampfenden Verunreinigungen in geringerem Ausmaß akkumulieren. Dann sind Dampfdrucküberlegungen weniger wichtig, und Materialien mit höherem Dampfdruck, wie einige Kunststoffe, können ebenfalls geeignet sein.

Die Elektrodenelemente 12 bis 15 können an der Trägerbasis 18 durch Formung des Grundmaterials um die Elektrodenelemente befestigt sein, die in einem geeigneten Montageblock gehalten werden, wobei im Falle verformbarer Materialien, wie Epoxymaterialien, der Montageblock dazu dient, die Elektrodenelemente in ihrer geeigneten Beziehung zu halten, bis das Grundmaterial um die Elektrodenelemente unter Bildung von Schlitzen 22 bis 25 härtet. Wird ein bearbeitbares Material, wie Keramikmaterial, verwendet, so können die Schlitze 22 bis 25 eingefräst oder anderweitig in dem Grundmaterial angebracht werden, so daß dieses die Elektrodenelemente 12 bis 15 aufnehmen kann. Durch das Grundmaterial der Trägerbasis 18 sind die Elektrodenelemente gegenüber relativer Bewegung befestigt, und es hält sie in der erforderlichen geometrischen Anordnung, wobei die Vorder- und Rückseiten der Eiektrodenelemente in voneinander entfernter, im wesentlichen paralleler Beziehung mit den entsprechenden Rück- und Vorderseiten der benachbarten Elektrodenelemente stehen.

Wenn die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie 10 in Erdumgebung verwendet wird, wird eine von einem Gehäuse 20 gebildete Vakuumkammer vorgesehen, so daß eine Verunreinigung des photoemitticrenden Materials vermieden wird und die Raumimpedanz zwischen den Elektrodenelementen verringert und ein Elektronenfluß dazwischen möglich wird. Das Gehäuse 20 kann irgendeine übliche Bauart besitzen; es kann in Form eines abgedichteten Rohrs, wie es im Schnitt in Fi g. 1 gezeigt ist, vorliegen. Das rohrförmigc Gehäuse 20 ist mindestens teilweise aus Glas oder einem anderen transparenten Materia! ausgebildet, s» daß Licht die photoemittierenden Eiektrodenelemente 12 bis 15 erreichen kann, wobei das besonders verwendete Material von den Wellenlängen abhängt, auf die die Eiektrodenelemente ansprechen. Wenn die Eiektrodenelemente aus einem Material bestehen, das sehr wirksam gegenüber ultraviolettem Licht anspricht, muß die Gehäusewand aus einem Material, wie Quarz, sein, das Wellenlängen im ultravioletten Bereich hindurchläßi. Wenn andererseits die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie für die Verwendung im Vakuum des Weltraums gebaut ist, muß kein Gehäuse als Vakuumkammer vorgesehen sein, da dann der Weltraum selbst den evakuierten Raum für die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie bildet. Alles, was erforderlich ist, ist eine geeignete Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie, die für die geeignete Belichtung durch die Sonne entwickelt ist

In Fig. 1 sind die Elektrodenelemente als im allgemeinen quadratisch zur leichteren Erläuterung dargestellt, und eine solche Konfiguration kann bevorzugt sein, wenn die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie in einer Vakuumkammer eingeschlossen sein muß. Es können jedoch auch die üblichen Konfigurationen mit verlängerten, im allgemeinen rechteckigen Oberflächen verwendet werden, so daß für die Aufnahme des Lichts eine erhöhte Fläche vorhanden ist. Das Hauptmerkmal der geometrischen Anordnung, die bei der vorliegenden Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie verwendet wird, ist das, daß die entsprechenden Vorder- und Rückseiten der Elektrodenelemente im allgemeinen in einer parallelen, voneinander entfernten Beziehung angeordnet sind, wobei sich ge- is genüberliegende Vorder- und Rückseiten der benachbarten Elektrodenelemente und der dazwischenliegende Raum das begrenzen, was man als Spannungsquelle bezeichnet. Die Elektrodenelemente sind so angeordnet, daß Licht nur auf eine (erste) Oberfläche jedes Elektrodenelements fällt und daß diese erste Oberfläche zur photoemittierenden Oberfläche oder Kathode dieses Elektrodenelements wird. Die restliche (zweite) Oberfläche des Elektrodenelements ist so angeordnet, daß sie im Schatten liegt und somit keine Elektronen emittiert, selbst wenn sie aus einem photoemittierenden Material hergestellt sein sollte. Die nichtilluminierte zweite Oberfläche wird zur Anode oder Kollektoroberfläche der Elektrodenelemente. Daher ist jedes Elektrodenelement so angeordnet, daß es sowohl eine erste Oberfläehe oder Anode als auch eine zweite Oberfläche oder Kathode besitzt, und die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie ist so ausgebildet, daß, mit Ausnahme der beiden Enden der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie, jedes Elektrodenelement einen Teil von zwei benachbarten Spannungszellen bildet. Ein gegebenes Elektrodenelement ergibt somit die Anode für die eine Spannungszelle und die Kathode für eine benachbarte Spannungszelle, wobei das leitende Material des Elektrodenelements selbst zur elektrischen Verbindung der beiden Spannungszellen in Reihe dient

Eine modifizierte Form der Reihe bzw. Anordnung der F i g. 1 ist im Querschnitt in F i g. 2 dargestellt, die zur Erläuterung dient, wie die photoemittierenden Elektrodenelemente, bezogen aufeinander und bezogen auf die einfallenden Lichtstrahlen, angeordnet sind. In dieser Figur sind die photoemittierenden Elektrodenelemente 32 bis 36 als verlängerte Bleche bzw. Platten aus einem elektrisch leitfähigen, photoemittierenden Material, wie Aluminium, dargestellt Jedes Elektrodenelement verläuft spitz nach außen von seinem oberen angegebenen Teil, z. B. bei 38 für das Element 32 zu seinem Boden 40. Eine etwas spitzzulaufende bzw. konische Form ist bevorzugt da dadurch entweder die Vorderoder die Rückseite in einem günstigen Winkel für die Aufnahme einfallenden Lichts gebracht wird, während es möglich ist, daß die gegenüberliegende Oberfläche nichtbeleuchtet bleibt Die Richtung des Stromflusses und die Polarität der von der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie erzeugten Spannung hängen davon ab, ob die Vorder- oder die Rückseiten der Elektrodenelemcnte beleuchtet werden. Aus Zweckdienlichkcitsgründen wird die Oberfläche 42 als vordere oder erste Oberfläche bezeichnet und in Anwesenheit von Lichtstrahlen 44, die im Winkel auf diese Oberfläche fallen, ist sie die photoemittierende Oberfläche. Die verbleibende Oberfläche 46 wird als hintere oder zweite Oberfläche bezeichnet, die im Schatten in Anwesenheit von Lichtstrahlen 44 bleibt und so als Anode oder Kollektor für die emittierten Elektronen wirkt. Jedes der Elektrodenelemente 33 bis 36 ist ähnlich wie das Elektrodenelement 32 mit entsprechenden Spitzen 38, Bodenteilen 40 und ersten und zweiten Oberflächen 42 bzw. 46 ausgebildet. Obgleich die Elektrodenelemente etwas konisch verlaufen, sind die ersten und zweiten Oberflächen benachbarter Elektrodenelemente im wesentlichen parallel, so daß eine wirksame Sammlung der emittierten Elektronen, wie im folgenden erläutert, sichergestellt wird. Die spitzzulaufende Form der Elektrodenelemente 32 bis 36 ermöglicht eine relativ größere bzw. breitere Bodenfläche der Bodenteile 40 für jedes Elektrodenelement, wodurch eine stabile Befestigung auf der Trägerbasis 48 sichergestellt ist. Wie oben in bezug auf F i g. 1 erläutert wurde, ist die Trägerbasis 48 aus einem elektrisch isolierenden Material mit den Eigenschaften, die der Umgebung entsprechen, in der die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie betrieben werden soll. In der Darstellung von F i g. 2 enthält die Trägerbasis 48 Schlitze 50 bis 54, die die Elektrodenelemente 32 bis 36 aufnehmen und sie in paralleler Anordnung stützen.

Die Trägerbasis 48 ist bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform so angeordnet, daß sie entgegengesetzte Endträger 56 und 58 enthält, die dazu dienen, die Außenseiten der äußersten Elektrodenelemente 32 und 36 zu stützen und gleichzeitig abzuschirmen. Der Endträger 56 bedeckt somit die zweite oder hintere Oberfläche 46 des Elektrodenelements 32 und verhindert, daß Lichtstrahlen 44 diese Oberfläche erreichen, wodurch sichergestellt wird, daß nur die vordere Oberfläche 42 photoemittierend ist und daß das Elektrodenelement 32 als Kathode in Anwesenheit von Lichtstrahlen 44 wirkt, die von der mit den Pfeilen bezeichneten Richtung einfallen. Auf ähnliche Weise bedeckt der gegenüberliegende Endträger 58 die erste oder vordere Oberfläche 42 des Elementes 36, wodurch sichergestellt wird, daß keiner der Lichtstrahlen 44 auf diese Oberfläche fällt, so daß das Elektrodenelement 36 als Anode für die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie dient. Geeignete elektrische Anschlüsse 60 und 62 in Form von Leitungen sind mit den Elektrodenelementen 32 bzw. 36 verbunden, längs derer die Spannung auftritt, die von der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie erzeugt wird.

Weiter wird eine geeignete Vakuumumgebung für die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie der F i g. 2 vorgesehen, so daß ein Strom emittierter Elektronen von den ersten Oberflächen in Richtung auf die benachbarten zweiten Oberflächen möglich wird. Diese Umgebung kann geschaffen werden, indem man die Vorrichtung im Weltraum betreibt oder indem man sie in eine Vakuumkammer einschließt, die schematisch durch die oberen und unteren Wände 64 und 66 angedeutet ist. Mindestens ein Teil der oberen Wand 64 ist für die Wellenlänge des Lichts transparent, auf die die Elektrodenelemente 32 bis 36 unter Erzeugung einer Photoemission von Elektronen ansprechen, und in dieser Ausführungsform sind beide Wände 64 und 66 so dargestellt, daß sie aus einem transparenten Material bestehen.

Bei der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie der F i g. 2 tritt Lichtwellenenergie in Form paralleler Lichtstrahlen 44 in die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie ein und trifft auf die darin enthaltenen photoemittierenden Elektrodenelemente. Die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie ist be-

zogen auf die Lichtquelle, so angeordnet, und die Elektrodenelemente sind geometrisch so aufgereiht, daß die einfallenden Lichtstrahlen 44 nur die vorderen ersten Oberflächen 42 der Elektrodenelemente 32 bis 35 treffen, wobei die vordere Oberfläche des Elektrodenelements 36 bedeckt ist. Die Energie der Photonen, die auf die ersten Oberflächen 42 auftreffen, wird auf das Oberflächenmaterial übertragen und dient dazu, Elektronen aus diesen Oberflächen herauszuschleudern, wobei die Anzahl der herausgeschleuderten Elektronen von Faktoren, wie der Wellenlänge und der Intensität des Lichts, dem Material der Oberflächen 42 der Elektrodenelemente und ähnlichen Faktoren, abhängt. Die Photonenenergie, die auf eine Oberfläche übertragen wird, hängt von der wirksamen Fläche dieser Oberfläche ab und ist eine trigonometrische Funktion des Winkels, mit dem die Lichtstrahlen auf sie treffen. Da die meisten der Elektronen, die aus einer photoemittierenden Oberfläche herausgeschleudert werden, in einer Richtung wandern, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche ist, wobei die restlichen Elektronen in andere Richtungen wandern, wird die Anzahl der Elektronen, die von der Oberfläche 42 herausgestoßen werden, im allgemeinen einem Weg bzw. Muster folgen, der bzw. das durch die Pfeile 70 in F i g. 2 angedeutet ist. Diese Ejektion von Elektronen bewirkt, daß die ersten Oberflächen 42 der Elektrodenelemente 32 bis 35 als Kathoden wirken.

Betrachtet man den Betrieb der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie der F i g. 2 in Einzelheiten, so ist erkennbar, daß wegen der besonderen Geometrie der vorhandenen Reihe bzw. Anordnung die Hauptzahl der Elektronen, die von der ersten Oberfläche des Elektrodenelements 32 emittiert werden, den Zwischenraum zwischen den Elektrodenelementen 32 und 33 überquert und von der hinteren zweiten Oberfläche 46 des nächstbenachbarten Elektrodenelements 33 aufgenommen wird, wobei die Oberfläche 46 als Anode dient. Obgleich einige der Elektronen, die von der Oberfläche 42 des Elektrodenelements 32 emittiert werden, die Anode nicht erreichen und verlorengehen, ist das Seitenverhältnis der benachbarten Oberflächen 42 und 46 der Elektrodenelemente 32 bzw. 33 so, daß eine hohe Umwandlungsleistung erhalten wird. Das Seitenverhältnis wird durch die relativen Größen und Lagen der benachbarten Elektrodenelemente bestimmt und ist somit eine Funktion der Geometrie der Anordnung bzw. Reihe. Je enger die Elektrodenelemente 32 und 33 sind, um so mehr Elektronen werden von der zweiten oder hinteren Oberfläche aufgenommen. Wenn jedoch der Abstand zu eng ist, wird die Menge an Energie des Lichts, die die emittierende Oberfläche erreichen kann, verringert Die Elektrodenelemente 32 und 33 müssen daher ausreichend weit voneinander entfernt angebracht sein, so daß das Elektrodenelement 33 keinen Schatten auf die emittierende Oberfläche 42 des Elektrodenelements 32 wirft, bevorzugt in der Schattenlinie, die durch die gestrichelte Linie 72 angezeigt wird, die nahe oder sehr nahe am Fuß 74 der Oberfläche 42 auftrifft, so daß eine maximale emittierende Oberfläche verfügbar ist

Damit die zweite oder hintere Oberfläche 46 des Elektrodenelements 33 als Anode wirkt, darf die Oberfläche 46 kein emittierendes Material für Elektronen sein. Wenn das Elektrodenelement 33 aus einem einzigen, pholoemittierenden Material gebaut ist, kann die Emission von der Oberfläche 46 vermieden werden, indem man die Elektrodenelemente auseinanderbringt und die ersten und zweiten Oberflächen der Elektrodenelemente in solche Winkel stellt, daß die zweiten Oberflächen 46 im Schatten liegen, wie durch die gestrichelte Linie 72 als Schattenlinie angedeutet ist. Um sicher zu sein, daß die Oberfläche 46 des Elektrodenelements 33 im Schatten liegt, wird die Vorrichtung zur Umwancllung von Lichtenergie so angeordnet, daß die Lichtstrahlen 44 in einem Winkel auf sie fallen, wobei der besondere Winkel von der relativen Höhe und dem Abstand der Elektrodenelemente und der Neigung oder den relativen Winkeln der ersten und zweiten Oberfliichen 42 und 46 abhängt. Die Geometrie der photoemittierenden Elektrodenelemente muß daher konsistent nicht nur mit dem optimalen Winkel des Lichtcinfalls für eine maximale Photoemission sein, sondern ebenfalls mit dem wirksamen Einfangen der emittierten Elektronen von der benachbarten Anode. Diese Faktoren müssen ausgeglichen werden, so daß ein Seitenverhältnis für die Elektrodenelemente erhalten wird, das eine maximale elektrische Ausgangsleistung von einer gegebenen Lichtquelle ergibt. Diese Ziele werden erreicht mit einer vertikalen oder etwas gewinkelten, emittierenden ersten Oberfläche 42, einer davon entfernt als Anode angeordneten zweiten Oberfläche mit ausreichender Größe, die so angebracht ist, daß sie gesehen von der emittierenden Oberfläche, einen großen Raumwinkel abdeckt, so daß ein wesentlicher Anteil der emittierten Elektronen blockiert wird, und einem Einfallswinkel, durch den die Kathode illuminiert wird, während die Anode im Schatten liegt. Da die emittierten Elektronen niedrige Energie besitzen, wird der Abstand zwischen benachbarten Elektrodenelementen, die den Betrieb der Vorrichtung ermöglichen, ebenfalls von dem Grad bzw. der Stärke des Vakuums abhängen, in dem die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie betrieben wird. Bei einem guten Vakuum können die Elektrodenelcmente weit voneinander entfernt angebracht sein, während ein schlechtes Vakuum einen engen Abstand erfordert. Der optimale Abstand hängt somit von der Raumimpedanz zwischen der Kathode und ihrer Anode ab. Da die Photoemission relativ unabhängig von dem Einfallswinkel der Lichtstrahlen ist, solange die Strahlen nicht einfach von der emittierenden Oberfläche reflektiert werden, sind die genauen Dimensionen der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie nicht kritisch. Die vorliegende Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie ermöglicht somit einen großen Konstruktionsspielraum, so daß sie den variablen Faktoren, wie der Intensität und der Wellenlänge des Lichts, dem verwendeten Material und der Umgebung, in der die Vorrichtung betrieben werden soll, angepaßt werden kann.

Wenn Licht auf die erste Oberfläche 42 des Elektrodenelements 32 fällt, wandern die abgehenden Elektronen zu der zweiten Oberfläche 46 des Elektrodenelements 33, wo diese Elektronen unter Bildung einer Netzspannung zwischen der Kathode und der Anode gesammelt werden. Die voneinander entfernten ersten und zweiten Oberflächen 42, 46 definieren somit eine Spannungszelle. Auf ähnliche Weise empfängt die vordere oder erste Oberfläche 42 des Elektrodenelements 33 Lichtstrahlen 44 und, da sie aus einem photoemitticrenden Material besteht, wirkt sie als Kathode und emittiert Elektronen. Diese Elektronen werden in Richtung auf die zweite Oberfläche 46 des nächstbenachbarten Elektrodenelementes 34 geschleudert, das diese Elck-

t>5 tronen sammelt. Die gegenüberliegenden Oberflächen 42 und 46 der Elektrodenelemente 33 bzw. 34 bilden somit eine zweite Spannungszelle. Auf die ersten Oberflächen der Elemente 34 und 35 fallendes Licht bewirkt

ebenfalls ein Ausschleudern von lileklronen unter Bildung zusätzlicher Spannungszellen. Das am Ende befindliche F.lektrodenclemcnt 36 dient als Anode für die erste Oberfläche des Elcktrodenelements 35. Da jedes Klektrodenelement aus einem elektrisch leitfähigen Material konstruiert ist, verbinden die Elektrodcnelementc selbst die verschiedenen Spannungszellen, die von den Kathoden- und Anodenoberflächen in Reihe zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen 60 und 62 gebildet werden, und es wird eine Spannung längs der gesamten Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie erzeugt, die gleich der Summe der Spannungen der einzelnen Spannungszellen ist.

Die Energie, die von der vorliegenden Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie an den elektrischen Anschlüssen 60 und 62 entnommen werden kann, kann mathematisch durch Variable ausgedrückt werden, die in den Betrieb der Vorrichtung eingehen. Diese Energie Pin Watt kann wie folgt ausgedrückt werden:

F(f) = A YFy

und worin /? die Energie der Photoelektronen in Joule; e die Ladung eines einzelnen Elektrons in Coulomb; «den Remanenzfaktor der emittierten Elektronen, der für die Elektronen in Betracht gezogen wird, die die Anodenoberfläche der Spannungszelle, bedingt durch elektrostatische Ablenkung oder Raumladungsbegrenzung des Stroms, nicht erreichen; Vdie Spannung längs der Batterie von Spannungszellen, in Volt: / den Strom durch die Vorrichtung, in Ampere; Y den photoelektrischen Ausbeutckoeffizienten (Elektronen/Photon) des Materials; A die wirksame Fläche der emittierenden Oberfläche einer Kathode in Quadratmetern, gesehen von der Bclichtungsquelle; η die Anzahl der Zellen; Fy den Strom der auffallenden Photonen, die Photoelektronen mit der Energie ε abgeben bzw. herausschleudern kön-

nen; — c die Energie, die für ein Photoelektron erforderlich ist, um von der Kathode zu der benachbarten Anode zu wandern; und i_ml die maximale Photoeiektronenenergie bedeuten.

Aus der obigen Erläuterung ist erkennbar, daß die Spannung von der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie und von jeder Spannungszelle von einer Reihe von Faktoren abhängt, wie der Intensität des Lichts, der verwendeten Materialien, der Belastungsimpedanz u. ä. Ein anderer Faktor, der den Elektronenfluß beschränkt, ist die Emission der Elektronen durch die als Anoden wirkenden zweiten Oberflächen 46, die, obgleich sie im Schatten des direkten Lichts liegen, ausreichend reflektiertes Licht empfangen können, so daß sie emittierend werden. Eine solche Rückemission ergibt einen Umkehrstromfluß, durch den die Netzspannung längs der Spannungszelle verringert wird. Diese Wirkung kann durch Verwendung der Elektrodenelemente 80 verringert werden, die in F i g. 3 dargeslclli sind, wobei das Material, aus dem das Elekirodenelcment konstruiert ist, elektrisch leitend, aber nicht notwendigerweise pholoemittierend ist. Dieses Elektrodenelement ist mit einem photoemittierenden Material, das eine erste Oberfläche 82 bildet, auf der vorderen Oberfläche versehen, so daß diese Oberfläche als die erforderliche Kathode wirkt, wobei das leitende Material der hinteren oder zweiten Oberfläche 84 als Anode wirkt. Die photoemittierende Schicht, welche die Oberfläche 82 bildet, kann ein Cäsium enthaltendes Material, wie eine Cäsiumverbindung oder eine Cäsiumlegierung, sein, sie kann Galliumarsenid mit einer Monoschicht aus Cäsiumoxid sein, oder sie kann ein anderes geeignetes, photoemittierendes Material sein, und da die Photoemission nur etwa die obersten tausend Atomschichten erfordert, kann diese Schicht sehr dünn sein. Das Elektrodenelement 80 ist auf einer Trägerbasis 81 vorgesehen.

Obgleich eine Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie, wie sie in F i g. 3 teilweise dargestellt ist, den Vorteil besitzt, daß sie eine größere Freiheit in der Stellung der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie hinsichtlich der Lichtquelle besitzt, da nicht notwendigerweise die als Anode wirkende zweite Oberfläehe 84 beschattet werden muß, besitzt sie den Nachteil, daß sie schwieriger herzustellen und oft teurer ist als die in F i g. 1 und 2 gezeigten Bauarten. Weiterhin können Umgebungsbedingungen ein Verspritzen der Schicht aus photoemittierendem Material und die nachfolgende Abscheidung auf der als Anode wirkenden Oberfläche 84 bewirken, wodurch die Wirksamkeit der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie verringert wird.

Damit man Hochenergie-Ausgangsleistungswerte von der als Sonnenenergieumwandler betriebenen Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie erhält, ist es erforderlich, eine große Oberfläche aus photoemittierendem Material freizulegen. In der Literatur werden für die Schaffung großer Oberflächenbereiche Strukturträgerelemente mit großer Komplexität und hohen Kosten vorgeschlagen. Bei der hier vorgeschlagenen Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie können jedoch die erforderlichen hohen Ausgangsleistungswerte leicht und mit vernünftigen Kosten erhalten werden, wenn man die in Fig.4 dargestellte Vorrichtung vorsieht. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Reihenschaltung 86 als Elektrodenelemente 88 und 90 eine Vielzahl voneinander entfernter Streifen aus einem elektrisch leitfähigen, photoemittierenden Material, wie einem Material, das Cäsium oder eine Cäsiumverbindung enthält, und diese Streifen sind auf eine Folie bzw. ein Blatt oder eine Platte aus elektrisch isolierendem Folien- bzw. Bahnen- bzw. Plattenmaterial als Trägerbasis 92, die beispielsweise aus Mylar oder einem anderen Kunststoff besteht, aufgebracht Die photoemittierenden Streifen, die die Elektrodenelemente 88 und 90 bilden, werden auf die Oberfläche der Trägerbasis 92 plattiert oder aufgedampft, und die Trägerbasis 92 wird in eine Reihe von Akkordeonfalten gelegt, so daß jedes der Faltungsmaschine 94 im Mittelpunkt eines der photoemittierenden Streifen auftritt, und jedes der FaI-tungsminima 96 tritt zwischen den Streifen auf. Dadurch hat jedes der streifenförmigen Elektrodenelemente 88, 90 die allgemeine Form der ersten und zweiten Oberflächen 85, 87 der Elektrodenelemente und die Streifen können daher auf gleiche Weise wie die Elektrodenelemente der F i g. 2 verwendet werden. Das Folien- bzw. Bahnen- bzw. Plattenmaterial der Trägerbasis 92 kann in seiner gefalteten Form mit geeigneten Strukturele-

menten, wie Bändern (nicht dargestellt), befestigt sein, oder es kann thermisch in seine gewünschte Form nach dem Falten abgebundf -r bzw. gehärtet werden. Bei der in F i g. 4 dargestellten Vorrichtung ist es offensichtlich, daß die Falten irgendeinen gewünschten Grad an Schrägung für die Elektrodenelemente annehmen können bzw. ergeben und daß die gewünschten Abstände und relativen Winkel zwischen benachbarten Oberflächen erhalten werden. Es ist weiterhin offensichtlich, daß eine Reihe von Vorrichtungen zur Umwandlung von Lichtenergie aus dem gleichen Film bzw. der gleichen Platte bzw. Folie hergestellt werden kann und daß diese in Reihe verbunden werden können.

Eine weitere Form der Vorrichtung, die große Vorteile hat, ist in den F i g. 5 und 6 dargestellt, wo eine elektrische isolierende Platte oder Tafel als Trägerbasis 98, in die Rillen oder Schlitze 100 geschnitten oder sonstwie angebracht wurden, vorgesehen ist Die Rillen oder Schlitze können nach einer Reihe von Verfahren, einschließlich Formen, Fräsen, sowie beispielsweise durch Maskieren, und Ätzverfahren, wie sie üblicherweise in der Halbleiterindustrie verwendet werden, hergestellt werden. Ein photoemittierendes Material wird als Elektrodenelement 102 auf die obere, geschlitzte Oberfläche der Trägerbasis 98 auf solche Weise aufgebracht, daß der Boden jeder Rille oder jedes Schlitzes 100 frei von solchem Material ist. Dies kann nach an sich bekannten selektiven Beschichtungsverfahren einschließlich z. B. unter Verwendung einer entfernbaren Maske, unter Verwendung von Fräs- oder Ätzverfahren oder unter Verwendung einer flach auffallenden Dampfabscheidung, erfolgen.

Eine Struktur, wie die in dieser Figur dargestellte, kann sehr billig hergestellt werden, während die Festigkeit und die Strukturintegrität der Vorrichtung erhalten bleiben. Das Oberflächenmaterial der Elektrodenelemente 102 entspricht der Oberflächenkonfiguration der Rillen und bildet umgekehrte, U-förmige Elektrodenelemente, von denen jede eine vordere oder erste Oberfläche 104 und eine hintere oder zweite Oberfläche 106 besitzt. Die benachbarten Oberflächen 104 und 106 nebeneinanderliegender Elektrodenelemente 102 bilden benachbarte Spannungszellen, wie bei den obigen Bauarten der Vorrichtung. Wieder ist das photoemittierende Material elektrisch leitfähig, um die Spannungszellen in Reihe zu verbinden. In den Fällen, in denen ein semileitfähiges, photoemittierendes Material verwendet wird, muß eine leitende, dünne Filmschicht unter dem Photoemitter vorgesehen sein, so daß der erforderliche Stromträger vorhanden ist.

Das Beschichtungsverfahren des photoemittierenden Materials auf das isolierende Grundmaterial der Trägerbasis 98 ermöglicht, die Verwendung sehr kleiner bzw. enger Rillen, z. B. in der Größenordnung von 25,4 μηι Breite, so daß der Vakuumspalt zwischen den elektronenemittierenden und den elektronensammelnden Oberflächen 104 und 106 sehr klein gemacht werden kann. Wie bekannt ist, besitzen sehr enge Spalte zwischen den Anoden- und Kathodenoberflächen in einer Spannungszelle den Vorteil, daß nur sehr wenige Raumbeladungsbeschränkungen hinsichtlich des Stromflusses vorhanden sind. Die beschriebene Vorrichtung besitzt die extrem wichtige Fähigkeit, sehr hohe Stromstärken bei sehr niedriger. Kosten zu erzeugen.

Damit die Übertragung der Photoenergie maximal gehalten wird, kann die Reflexion der einfallenden Lichtenergie von der photoemittierenden Oberfläche 104 der Vorrichtung von F i g. 5 verringert werden, indem nan die Oberfläche aufrauht oder indem man ein anderes, an sich bekanntes Oberflächenbehandlungsverfahren verwendet. Die photoemittierende Oberfläche 104 kann ebenfalls so ausgebildet sein, daß sie eine gebogene oder verlängerte Form besitzt wie es bei 108 in F i g. 6 gezeigt ist, so daß einige der Photonen 44' durch die Oberfläche 104 reflektiert werden, die sonst verlorengehen, und auf die Oberflächenverlängerung bei 108 auftreffen. Diese Krümmung bzw. Biegung der

ίο photoemittierenden Oberfläche 104 ergibt bei der Ausbeute der Energieumwandlung eine Verbesserung.

Obgieich die geometrische Anordnung der Elektrodenele'nente, wie sie hierin erläutert wird, einen wirksamen Betrieb sicherstellt, kann ein transparenter Isolator (Folie, Blatt oder Netz) über der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie vorgesehen sein, um mittels der Ob erflächenladung, die der Isolator entwickelt, den Elektreinenstrom von der Kathode zu der Anode zu leiten, und in einigen Fällen kann dies einen verbesserten Betrieb ergeben. Ein solcher Isolationsfilm oder eine solche Isolationsplatte ist bei 110 in F i g. 4 dargestellt.

Die Haupielemente der hier vorgeschlagenen Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie sind jedoch die Anordnung der als Kathoden wirkenden photoemittierenden ersten Oberflächen unter Bildung eines Elcktroneniiuiswurfs in bevorzugter Richtung, das Zwischenschalten von als Anoden wirkenden zweiten Oberflächen in den Weg dieser Elektronen und das Schaffen einer Aufeinanderfolge derartiger, die ersten und zweiten Oberflächen aufweisenden Elektrodenelemente unter Bildung einer relativ hohen Spannungsausgangsleistung. Die so gebildete Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie ist eine Vorrichtung niedriger Stromstärke, wobei die Stromstärke bzw. der Strom durch die Photoumissionsfähigkeit des in den ersten Oberflächen verwendeten Materials und durch die Raumladung zwischen den Elektrodenelementen begrenzt wird. Wenn die Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie als Spannungsquelle mit einer Last verbunden ist, ist der entstehende Stromfluß gleich dem der in jeder Spannungsiielle durch das einfallende Licht erzeugt wird, und die Spannung längs der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie ist die Summe der Spannungen längs jeder Spannungszelle. Je größer daher der Oberflächcnbereich der ersten oder zweiten Oberflächen ist, um so größer wird der Strom, der durch die Vorrichtung fließen kii nn. Solange Strom von der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie entnommen wird, wird der Elektromenfluß in jeder der Spannungszellen andauern.

Wenn die Belastung bzw. der Verbraucher von der Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie abgetrennt wird, wird die kontinuierliche Emission der Elektronen von jeden ersten Oberflächen eine Akkumulation der Elektronen auf den entsprechenden zweiten Obcrflächen erzeugen, wodurch eine elektrostatische Spannung innerhalb jeder Spannungszelle erzeugt wird, die sich bis zur Kapazität der Spannungszelle ansammelt. Zu diesem Zeitpunkt werden die emittierten Elektronen nicht langer von der Kathode zur Anode fließen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie durch Photoemission, mit einer Vielzahl von Photokathoden und Anoden, die im Vakuum so angeordnet sind, daß einfallendes Licht eine Photoemission nur von den Photokathoden erzeugt und die emittierten Elektronen von den Anoden eingefangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Photokathoden durch erste photoemittierende Oberflächen (42; 82; 85; 104) einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Elektrodenelementen (12 bis 15; 32 bis 36; 80,88,90; 102) gebildet sind, deren den ersten Oberflächen jeweils gegenüberliegende zweite Oberflächen (46; 84; 87; 106) die Anoden bilden, daß Einrichtungen (18,22 bis 25; 48,50 bis 54,56; 58; 81; 92; 98) vorgesehen sind, um die Elektrodenelemente (12 bis 15; 32 bis 36; 80; 88,90; 102) im wesentlichen parallel zueinander derart zu befestigen, daß sie einen gegenseitigen Abstand aufweisen, gegeneinander isoliert sind und die erste Oberfläche (42; 82; 85; 104) jedes Elektrodenelements (12 bis 15; 32 bis 36; 80; 88, 90; 102) der zweiten Oberfläche (46; 84; 87; 106) des nächstbenachbarten Elektrodenelements (12 bis 15; 32 bis 36; 80; 88, 90; 102) gegenübersteht, wobei jedes Paar sich gegenüberstehender Oberflächen (42, 46; 82, 84; 85, 87; 104, 106) und der dazwischenliegende Raum eine photoelektrische Spannungszelle bilden, die mit den benachbarten Spannungszellen in Reihe geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche (46; 84) jedes der Elektrodenelemente (32 bis 36; 80) aus einem nichtphotoemittierenden Material besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (18,22 bis 25; 48, 50 bis 54, 56, 58; 81; 92; 98) zum Befestigen der Elektrodenelemente (12 bis 15; 32 bis 36; 80; 88,90; 102) eine elektrisch isolierende Trägerbasis (18; 48; 81; 92; 98) umfassen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenelemente (32 bis 36; 80; 88, 90; 102) im Querschnitt eine leicht konisch zulaufende Form aufweisen, um eine gute Beleuchtung der ersten Oberflächen (42; 82; 85; 104) und eine Abschattung der zweiten Oberflächen (46; 84; 87; 106) zu erzielen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die zweiten Oberflächen aus einem photoemittierenden Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Elektrodenelement (88, 90) einen Streifen aus photoemittierendem Material umfaßt, der an einem faltbaren, elektrisch isolierenden Film bzw. einer Folie bzw. einer Platte als Trägerbasis (92) befestigt ist, wobei jeder der Streifen mit der Folie gefaltet ist und auf diese Weise die ersten und zweiten Oberflächen (85,87) definiert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der elektrische Anschlüsse zur Abnahme der photoelektrisch erzeugten Spannung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse (60,62) an den entgegengesetzten Enden der Vorrichtung angeordnet sind.

'/. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen transparenten Isolationsfilm (110) bzw. eine transparente Isolationsplatte (110) enthält, der bzw. die über den Elektroden (88,90) im Abstand angebracht ist und dazu dient den Elektronenfluß durch die Spannuiigszcllen zu leiten.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Elektrodenelement (32) nur eine erste Oberfläche (42) und das letzte Elektrodenelement (36) nur eine zweite Oberfläche (46) aufweist.