DE2806882A1

DE2806882A1 - Photozelle mit fluessigkeit/halbleiter-uebergang

Info

Publication number: DE2806882A1
Application number: DE19782806882
Authority: DE
Inventors: Kuang-Chou Chang; Adam Heller; Barry Miller
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1977-02-18
Filing date: 1978-02-17
Publication date: 1978-08-24
Also published as: IL54029A; IT1093110B; JPS53124094A; NL7801773A; FR2381390B1; GB1572773A; IT7820327A0; CA1099808A; IL54029A0; US4118548A; FR2381390A1; BE864053A

Description

BLUMBACH · WESER . BERGEN · KRAMER 2806882 ZWIRNER . HIRSCH . BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Western Electric Coicany, Incorporated K.G.Chang 3-7-12

Broadway, New York,
U. S. A.

Photozelle mit Flüssigkeit/Halbleiter-Übergang

Beschreibung:

Diese Erfindung betrifft Photozellen mit großflächigem Flüssigkeit/Halbleiter-Übergang.

Es besteht ein Bedarf nach sowohl preiswerten wie leistungsfähigen Energiequellen, welche eine lange Lebensdauer aufweisen, so daß großflächige primäre Energiequellen bereitgestellt werden können, welche Energie in der Größenordnung von Watt, Kilowatt, oder unter besonderen Umständen sogar in der Größenordnung von

Megawatt abzugeben vermögen. In einer jüngeren populären Zeit-München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. . P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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schrift ist die Feststellung enthalten, daß ein in mittleren Breiten gelegenes Wohnhaus von mäßiger Größe allein durch, die gemittelte auftreffende Sonnenenergie betrieben werden könnte, sofern das Haus mit geeigneten Einrichtungen zur Wärmespeicherung und zur Energieumwandlung ausgestattet ist, sofern die Einrichtungen zur Energieumwandlung mit dem theoretisch zu erwartenden Wirkungsgrad der Umwandlung τοη Sonnenenergie betrieben werden könnte.

Bei der Durchsicht der entsprechenden !Literatur kann man feststellen, daß die Fachwelt verschiedene lösungsmöglichkeiten untersucht hat, von denen wenigstens eine kommerziellen Erfolg verspricht. Seit der Einführung einer praktisch anwendbaren Energiezelle durch Chapin, Fuller und Pearson (vgl. Journal of Applied Physics, 23_ ,676 (1954) sind eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt worden; die dabei entwickelten Zellen sind sicherlich wertvoll für viele Anwendungszwecke, wie etwa die Versorgung elektronischer Bauteile mit geringem Energieverbrauch in Satelliten und dgl.; andererseits ist es für die Fachwelt beispielsweise auch aus wirtschaftlichen Erwägungen ersichtlich, daß diese Entwicklungen nicht zu einer großflächigen, für den praktischen Bedarf geeigneten Energiequelle führen werden.

Eine bedeutsame Entwicklungsrichtung beschäftigt sich mit der Anwendung von HeteroÜbergängen, welche einen nahezu verlustlosen Durchlaß von Licht durch ein Oberflächenmaterial erlauben, das auf einer Seite einen PN-Übergang aufweist; weiterhin muß dafür

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gesorgt werden, daß in diesem Material an der von dem Übergang entfernten Oberfläche eine weitgehend vollständige Absorption des einfallenden Lichtes erfolgt.

Weitere Entwicklungen haben zu dem Ergebnis geführt, daß zur Ausbildung dieses Überganges zweckmäßigerweise ροIykristallines Material eingesetzt wird, anstelle von einkristallinem Material. Obwohl durch eine Reihe von Maßnahmen der Wirkungsgrad von polykristallinem Material merklich verbessert werden konnte, hierzu gehört eine beträchtliche Verminderung der Einfangstellen und anderer Rekombinationsstellen, welche die Photostromerzeugung verringert hatten, gibt es Anzeichen dafür, daß auch die besten festen polykristallinen Gefüge immer noch Einfangstellen an den Grenzflächen und einen deutlich geringeren Wirkungsgrad aufweisen, als einkristalline Gefüge.

Hiervon ausgehend bestand ein weiterer wichtiger Schritt der Entwicklung darin, einen Übergang zwischen einem polykristallinem Material und einer Flüssigkeit vorzusehen; dieser Vorschlag wird in einem Übersichtsartikel von Gerischer in "Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry" 58,, 263-274 (1975) abgehandelt. Es wurde von der Fachwelt unmittelbar erkannt, daß dieser Vorschlag bestimmte Vorteile bei der Überwindung derjenigen Schwierigkeiten bietet, die bei der Herstellung von HeteroÜbergängen zwischen festen polykristallinen Oberflächen auftreten. Es ist offensichtlich, daß der Ersatz einer der festen Schichten durch eine Flüssigkeit diejenigen Probleme beseitigt,

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die abgesehen von den kubis chen Systemen bei allen anderen Materialien durch Gitterfehlanpassungen auftreten, was noch, durch die verschiedenen Kristallrichtungen erschwert wird.

.Frühe Vorrichtungen dieser Bauart mit Flüssigkeit/Halbleiter-Übergang waren bereits erfolgversprechend, zeigten jedoch zwei wesentliche Nachteile, nämlich:

(1) Unter der Annahme, daß das Sonnenspektrun einem schwarzen Strahler entspricht, ist bekanntlich eine theoretische Obergrenze für die Energieumwandlung von angenähert 20 bis 25/3 zu erwarten; demgegenüber zeigten diese bekannten Vorrichtungen lediglich einen Wirkungsgrad von 1 oder wenigen Prozent; und

(2) die bekannten Vorrichtungen waren hinsichtlich ihrer Lebensdauer unbeständig; wurde lediglich die Zeitspanne gemessen, in welcher die Zelle einen brauchbaren Photostrom erzeugte, so wurde lediglich eine Lebensdauer in der Größenordnung von Minuten bis höchstens einigen Stunden erhalten.

Weitere Arbeiten haben dann aufgezeigt, daß chemische Reaktionen zwischen dem Redoxpaar.und der polykristallinen Elektrode stattfinden, die zu einer Entfernung oder Veränderung der Elektrodenoberfläche führen; im Ergebnis konnte die geringe Lebensdauer

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solcher Zellen auf die Veränderung oder Entfernung des festen Halbleiters zurückgeführt werden, was zu einer entsprechenden Verschlechterung des Flüssigkeit/Halbleiter-Überganges führt.

Zur Lösung dieses Problems sind beständige Grenzflächen zwischen dem Redoxsystem und dem festen Halbleiterkörper geschaffen worden, beispielsweise durch Anodisierung innerhalb des Redoxpaares selbst, wodurch ein fester Verbindungshalbleiter erhalten wurde, welcher in der speziellen Umgebung, in welcher er erzeugt und nachfolgend betrieben wurde, die erwartete Beständigkeit aufwies. Im Zuge der weiteren Entwicklung, einschl. der Arbeiten von Heller und Mitarbeiter (vgl. Nature, 262 _S 690 (1976)) konnte der Wirkungsgrad von Zellen mit diesen Grenzflächen bis auf einen Wert von angenähert Ί% verbessert werden, was für viele Anwendungsfälle als ausreichend angesehen wird.

Mit den beschriebenen Verbesserungen sowie weiteren Maßnahmen zur Erhöhung der Stabilität der Grenzflächen ist bei Zellen der genannten Art der chemische Angriff vieler Halbleiter-Materialien beseitigt worden, wodurch eine Stabilisierung der Photozellen gegen den Zellabbau erreicht werden konnte, der noch für die frühen Arbeiten von Gerischer und anderen kennzeichnend war. Trotzdem der gesamte Wirkungsgrad für diese stabilisierten Zellen recht vernünftig geworden ist, wurde festgestellt, daß zahlreiche Zellen einen zwar langsamen, für viele Anwendungszwecke jedoch nicht zu akzeptierenden Abbau aufweisen.

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Die Aufgabe dieser Erfindung besteht deshalb darin, Photozellen mit einem photovoltaischen Übergang zwischen einem Halbleiter-Material und einem flüssigen, ein Redoxpaar enthaltenden Elektrolyten bereitzustellen, bei denen über längere Zeitspannen eine geringere Verschlechterung des Wirkungsgrades auftritt oder diese Verschlechterung völlig beseitigt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 wiedergegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß der Abbau, bzw. die Verschlechterung des Wirkungsgrades von stabilisierten Photozellen mit einem photovoltaischen Übergang zwischen einer Flüssigkeit und einem Pestkörper auf Veränderungen des festen Bestandteils des Übergangspaares in der Nähe der Grenzfläche beruht. Eine solche Veränderung kann im einfachsten Falle auf einer Verunreingung der Halbleiteroberfläche in der Zelle beruhen; eine solche Verunreinigung kann von den sog. "schmutzigen" Zellbestandteilen herrühren, wie etwa der Kohlenstoff elektrode, den Abdichtungsmitteln aus Epoxyharz, oder den Wänden aus Silikatmaterial; weiterhin kann eine solcher Veränderung auf einer Wanderung von die elektrische Leitfähigkeit beeinflussenden Verunreinigungen beruhen; solche Verunreinigungen können in merklichen Anteilen auf die Halbleiter-Oberfläche

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zu oder von dieser wegwandern; die Ursache für eine solche Wanderung kann entweder die "Elektrowanderung" innerhalb des Feldes des Übergangs sein, oder diese Wanderung kann auf einem Konzentrationsgradienten beruhen, der seinerseits auf eine zwar geringe, jedoch bevorzugte endliche Löslichkeit von wirksamen Verunreinigungen in dem Redoxpaar zurückzuführen ist. Der wesentliche Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen Erscheinungen durch eine kontrollierte Entfernung von festem Material an der Grenzfläche entgegenzuwirken; hierbei soll die Entfernung in einem solchen ausreichenden Ausmaß er folgen, daß die Gesamtheit der Eigenschaften des angestrebten Flüssigkeit/Halbleiter-Ünerganges erhalten bleibt. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein solcher Angriff auf die Oberfläche des festen Materials durch eine entsprechende Einstellung der. Konzentration des Redoxpaares hervorgerufen, die zu einer Photoätzung führt; die Geschwindigkeit dieses Oberflächenangriffs kann dabei so gering sein, daß sie in einer Größenordnung von um/Jahr meßbar ist oder dieser Oberflächenangriff kann noch geringer sein. Damit wird ein höchst interessantes Konzept vorgestellt, denn bislang ist die Fachwelt davon ausgegangen, daß diese Photoätzung zu dem raschen Abbau vieler früher entwickelter Zellen dieser Art geführt hat. Eine weitere Möglichkeit zur Einstellung des Redoxpaares kann darin bestehen, diesem ein Mittel oder mehrere Mittel zuzusetzen, beispielsweise Puffersubstanzen, welche gewährleisten, daß die Entfernung von Halbleiter-Material an der festen Grenzfläche mit angestrebter kontrollierter Geschwindigkeit durch eine ein-

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fache 'chemische Ätzung erfolgt.

Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine Photozelle mit einem photovoltaxschen Übergang zwischen einem Halbleiter-Material und einem flüssigen, ein Redoxpaar enthaltenden Elektrolyten bereitgestellt, wobei der Elektrolyt die Eigenschaft hat, während des Betriebs der Zelle die Oberfläche des Halbleiter-Materials mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 300 §. pro Tag kontrolliert zu entfernen, so daß die Eigenschaften des Überganges erhalten bleiben.

Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photozelle mit Bezugnahme auf die J¹Xg. 1 bis erläutert; im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Photozelle mit Flüssigkeit/Halbleiter-Übergang ;

Fig. 2 in Form einer graphischen Darstellung das Verhältnis von Korrosionsstrom zu Gesamtstrom in Abhängigkeit von der Gesamt-Selenid-Konzentration bei einer Photozelle mit GaAs-Elektrode; und

Fig. 3 in Form einer graphischen Darstellung den von einer erfindungsgemäßen GaAs-Photozelle gelieferten Strom in Abhängigkeit von der Zeit.

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Zu der mit Fig. 1 dargestellten Zelle gehört ein Behälter 20, in dem sich der Elektrolyt 21 befindet; in diesen Elektrolyten 21 tauchen eine Gegenelektrode 22 (die aus Kohlenstoff oder einem sonstigen inerten Material bestehen kann) und die aktive Elektrode 23 ein. Der Elektrolyt 21 besteht typischerweise aus einer wässrigen Elektrolyt-Lösung, obwohl auch organische Elektrolyten, wie etwa Äther oder Propylencarbonat eingesetzt werden können. Die aktive Elektrode 23 ist an den Stellen, die nicht bestrahlt werden oder aktiviert sind, mit einem Überzug aus Epoxyharz 24 isoliert. Der, der aktiven Elektrode 23 gegenüberliegende Boden der Zelle besteht aus transparentem Material, so daß das einfallende licht hindurchtreten kann, wie das mit dem Pfeil angedeutet ist.

Ein andauernder hoher Wirkungsgrad solcher Solarzellen mit einem Flüssigkeit/Halbleiter-Übergang hängt davon ab, daß die Eigenschaften der Halbleiter-Oberflächen für ausgedehnte Zeiträume aufrechterhalten werden.

Hierzu ist es erforderlich, sowohl die Beständigkeit des HaTbleiter^-Materials wie die Aktivität der Zelle beizubehalten. Die Beständigkeit kann durch Auswahl eines reduzierenden Elektrolyten erhöht werden; ein solcher reduzierender Elektrolyt kann durch Zugabe entsprechender Zusätze erhalten werden, die weder eine rasche chemische Ätzung noch eine rasche Photoätzung des Halbleiter-Materials bewirken. Die Zellaktivität kann durch irgend-

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eine von mehreren Maßnahmen vermindert werden. So kann etwa aas Halbleiter-Material mit dem Elektrolyten unter Bildung einer Aktivierungsschicht reagieren, beispielsweise nach der Reaktion

CdS + 2h⁺ *-Cd²⁺ + S⁰

wobei der Schwefel eine Schicht bildet, welche bewirkt, daß die Zelle unbrauchbar wird. Im Hinblick auf den Betrieb der Zelle über längere Zeiträume sind vielleicht diejenigen Möglichkeiten von noch größerer Bedeutung, daß die Halbleiter-Oberfläche verändert werden kann; eine solche "Veränderung kann beruhen auf

der Absorption von Verunreinigungen·aus der Flüssigkeit;

dem Austausch von Ionen zwischen dem Gitter und der Flüssigkeit; oder

dem Yerlust oder der Zunahme an Dotierstoff aus dem Halbleiter, da der Dotierstoff eine erhöhte löslichkeit aufweisen kann.

Sofern erreicht wird, daß die Halbleiter-Oberfläche entweder durch eine chemische Ätzung oder durch eine Photoätzung schnell genug abgetragen wird, daß die oben aufgeführten Abbauwirkungen überwunden werden, können die angestrebten Eigenschaften der Halbleiter-Oberfläche beibehalten werden. Die Grundlagen zur Aufrechterhaltung der gesamten Eigenschaften der Halbleiter-Oberfläche und des Flüssigkeit/Halbleiter-Überganges oder des PN-Überganges sollen nadi-folgend mit Bezugnahme auf eine Zelle

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erläutert werden, welche eine GaAs-Elektrode aufweist.

Es wurde eiren-leitende GaAs-Einkristall-Elektrode in Verbindung mit einem 3e~/Se₂~- Redoxpaar verwendet. Die untere Grenze für die Redoxpaar-Konzentration liegt ungefähr "bei 0,1 molarer Konzentration und ergibt sich a.us der Forderung, daß die Zelle einen brauchbaren Photostrom liefern soll und keine zu starke Photoätzung auftreten darf. Typischerweise ist eine Dotierstoffkonzentration von 2 χ 10 /cm vorgesehen, obwohl auch andere Werte bis zu 5 x 10 cm brauchbar sind. An der oberen Grenze der Dotierstoffkonzentration wird die Raumladungsschicht zu dünn, so daß nicht mehr das gesamte Licht innerhalb der Raumladungsschicht absorbiert v/erden kann. Um das Selen in die Lösung einzubringen, wird zweckmäßigerweise HpSe in eine Lauge v/ie etwa KOH-Lauge eingeleitet, wobei gleichzeitig eine

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gewisse Luftoxidation zur Oxidation von Se zu Se₂ zugelassen

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wird; alternativ kann elementares Se in der Se -Lösung aufgelöst werden. Anstelle von KOH-Lauge können auch andere Basen verwendet werden, oder es können nicht-wässrige Elektrolyten benutzt werden. Mir alle nachfolgend betrachteten Konzentrationen beträgt das Se "7Sep~-Verhältnis angenähert 8. Bestrahlt wurde mit einer Quarz-Halogen-Lampe, die mit einer ausreichenden Leistung betrieben wurde, daß die Zelle eine Kurzschluß-Stromdichte von 50 ma/cm liefert, was dem bei einem Betrieb unter 3 Luftmassen-2-Bedingungen erhältlichen Strom entspricht. Die "Luftmassen-2-Bedingungen" entsprechen der Sonnenstrahlung an einem Winternach-

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mittag in mittleren Breiten. Das Korrosionsverhältnis, das ist das Verhältnis von Photoätz-Strom zu Gesamtstrom, gibt denjenigen Anteil des Photostromes wieder, der nicht den Vfeg zur angestrebten Regenerierung der Solarzelle geht und deshalb eine Photoätzung bewirkt, was durch den Gewichtsverlust der Elektrode bestimmt werden kann; in Fig. 2 ist dieses Korrosionsverhältnis in Abhängigkeit von der Selenkonzentration dargestellt. Das gleiche Verfahren kann zur Bestimmung des i_n/i_m - "Verhältnisses für ande-

^G ¹ der,

re Materialien angewandt v/erden. Aus der Stöchiometriefaer Photoätzung zugrundeliegenden Gleichungen folgt, daß pro GaAs-MoIekül 6 Elektronen erforderlich sind; dies wird durch die Ätzgeschwindigkeit in Abwesenheit von Selenid bestätigt. Dieser Paktor wurde benutzt, um den gemessenen Gewichtsverlust der Elektrode in Korrosionsstrom umzurechnen. Die in Pig. 2 gestrichelt gezeichnete Kurve entspricht der nachfolgenden Gleichung

wobei Go für die gesamte molare Selenkonzentration in der lösung steht. Ersichtlich nimmt der Korrosionsstrom bei einem Anstieg der Selenkonzentration monoton ab, obwohl der Korrosionsstrom niemals den Wert 0 erreicht, d.h. ein gewisser Korrosionsstrom ist immer vorhanden. Die beim praktischen Betrieb solcher Zellen auftretende (in Pig. 2 nicht dargestellte) obere Grenze für die Selenkonzentration ergibt sich aus der Selenidmenge, die in der Lösung gelöst werden kann.

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Mit Pig. 3 ist in Form einer graphischen Darstellung für eine GaAs-ZeIIe, die 18 Tage lange kontinuierlich nahe bei ihrer max. Leistung (das ist bei einer Belastung von 50 Ohm) betrieben wurde, der Photostrom gegen die Zeit aufgetragen. Im wesentlichen wurde eine 1 molare Gesamtselenkonzentration eingehalten. Die verwendete Lampe lieferte einen Lichtstrom, dessen Wert zwischen 2 und 3 Sonnen unter Luftmassen-2-Bedingungen entspricht. Hierbei wurde über den gesamten 18 Tage dauerenden Versuch eine im wesentlichen konstante Stromdichte von 22 ma/cm und eine im wesentlichen konstante Spannung von angenähert 0,38 V erhalten. Der Photostrom ist über die gesamte Zeitspanne im wesentlichen konstant; die Änderungen sind zu klein, um irgendeine Schätzung der zu erwartenden Lebensdauer der Zelle durchführen zu können; diese verwertbare Lebensdauer muß daher mittels anderer Maßnahmen abgeschätzt werden; letzten Endes ist diese Lebensdauer durch einen Abbau der Elektrode begrenzt, welcher durch eine im wesentlichen vollständige Auflösung hervorgerufen wird. Aus dem gemessenen Gewichtsverlust wurde für das i^/im-Verhältnis ein Wert von angenähert 0,001 ermittelt, was einer mittleren Korrosionstiefe von weniger als 12 um entspricht. Bei dieser Geschwin-

digkeit dauert es bei einem Beleuchtungsgrad von 1 Sonne unter Luftmassen-2-Bedingungen angenähert 10 Stunden, bis ein mm des Halbleiter-Materials aufgelöst ist. Eine konservative Schätzung des Zellbetriebes geht von 3000 Stunden pro Jahr aus; dies bedeutet, daß eine Zelle mit einer 100 ^un dicken Elektrode durch Photoätzung innerhalb einer Zeitspanne von 3 bis 4 Jahren nicht ausfällt. Die Geschwindigkeit der Photoätzung kann durch Erhöhung

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der Selenkonzentration weiter herabgesetzt werden, wodurch die Lebensdauer der Zelle erhöht wird. Andererseits soll die Ätzgeschwindigkeit 300 A pro Tag oder 10 um pro Jahr übersteigen, damit die Beständigkeit der Zelle gewährleistet ist. Solche Redoxkonzentrationen, welche diese Ätzgeschwindigkeit gewährleisten, lassen sich leicht bestimmen, da das Yerhälntis von Korrosionsstrom zu Photostrom bekanntist, und die Photostromdichte leicht geschätzt werden kann.

Obwohl die Photoätzung der Halbleiter-Oberfläche mit einer solchen Geschwindigkeit abläuft, die für eine verlängerte Lebensdauer der Zelle tolerierbar ist, läuft die Photoätzung andererseits ausreichend rasch ab, daß durch Verhinderung der Absorption von Verunreinigungen und dgl. irgendeine Verschlechterung der Eigenschaften der Halbleiter-Oberfläche verhindert wird.

Über die beschriebene GaAs-ZeIIe hinaus können die beschriebenen Grundsätze auch auf Zellen mit Cadmiumchalcogenid- Elektroden und Chalcogen-Redoxpaaren angewandt' werden, um die Abgabe eines stetigen Photostromes zu gewährleisten. Zum Beispiel kann eine beständige Stromabgabe bei einer CdTe-Elektrode in einem Selenid/ Polyselenid-Redoxelektrolyten erzielt werden, obwohl eine langsame Entfernung von Material von der Halbleiter-Oberfläche vorgenommen wird.

Zusätzlich zu der oben angegebenen Gruppe von photochemischen Reaktionen, welche die Beibehaltung des Halbleiters durch lang-

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same Entfernung von Oberfläehenmaterial mittels Photoätzung gewährleisten, können auch chemische Reaktionen zwischen dem Material der Halbleiter-Oberfläche und dem Elektrolyten vorgesehen werden, um die Beibehaltung der Eigenschaften der Oberfläche zu gewährleisten. Zu zwei illustrativen Beispielen gehört eine CdSe-Elektrode in einem Sulfid/Polysulfid-Redoxpaar, dessen Oberilächeneigenschaften durch eine chemische Ätzung entsprechend der nachfolgenden Gleichung

CdSe + 2h⁺ ^ Cd²⁺ + Se⁰

gefolgt von der Reaktion

Sr + Se ·■ (SSe^"

gewährleistet wird.

Zu dem zweiten Beispiel gehört eine CdS-Elektrode in einem Selenid/Polyselenid-Redoxpaar, dessen Oberflächeneigenschaften durch eine chemische Ätzung entsprechend den Reaktionen

CdS + 2h⁺ ■ Cd²⁺ + S⁰ und Se²"+ S »

gewährleistet wird. Für andere Cadmiumchalcogenid-Halbleiter in Chalcogenid-Elektrolyten gelten ähnliche Grundsätze.

Mit dem nachfolgenden Beispiel wurde untersucht, wie weit der von einer CdTe-ZeIIe abgegebene Strom konstant bleibt;

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. die Zelle enthielt Selen-Redoxelektrolyt in angenähert 1 molarer Konzentration; bei der Untersuchung wurde die Halbleiter-E3ekbrode bei einer Spannung von angenähert -1,0 YoIt gegenüber einer Standard-Calomelelektrode gehalten. Bei diesem Potential trat an der CdTe-Elektrode eine Photoätzung mit einer Geschwindigkeit von 2,5 mg/cm pro Stunde auf; die Photostromdichte betrug 24 mA/cm . Wie aus der nachfolgende! Tabelle ersichtlich ist, gewährleistet die Photoätzung der Elektrode eine konstante Stromabgabe.

abgelaufene Zeitspanne (h) Photostrom (mA)

0 4,72

24 4,75

48 4,76

110 4,96

Das i_c/igi - Verhältnis hatte einen Wert von 0,023, was ausreichte, um die Beständigkeit der Zelle zu gewährleisten, wie aus den in der Tabelle aufgeführten Werten ersichtlich ist.

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Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER 2806882 ZWIRNER . HIRSCH · BREHM PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Patentconsult Radedcestrafle 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patent·, onsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult Western Electric Company, Incorporated K.C. Chang 3-7-12 Broadway, New York, U. S. A. Photozelle mit Flüssigkeit/Halbleiter-Übergang Patentansprüche:

1.1 Photozelle mit

einem photovoltaischen Übergang zwischen einem Halbleiter-Material und

einem flüssigen, ein Redoxpaar enthaltenden Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß

der Elektrolyt (21) die Eigenschaft aufweist, während des Betriebs der Zelle die Oberfläche des Halbleiter-Materials kontrolliert mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 300 pro Tag zu entfernen,

so daß die Eigenschaften des Übergangs erhalten bleiben.

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. . P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. 8lumbach Dipl.-Ing. · P.Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

ORIGINAL INSPECTED

2. Photozelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung des Oberflächenmaterials durch Photoätzung erfolgt.

3. Photozelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontrollierte Entfernung des Oberflächenmaterials durch chemische Ätzung erfolgt.

4. Photozelle nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Material der aktiven Elektrode (23) ausCadmiumselenid (CdSe), Cadmiumsulfid (CdS) oder Cadmiumtellurid (CdTe) besteht.

5. Photozelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn ζ e i chn e t, daß die aktive Elektrode (23) einen η-leitenden GaAs-Halbleiter aufweist.

6. Photozelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Redoxpaar entweder Selenidanionen oder Telluridanionen oder ein Gemisch dieser Anionen enthält.

7. Photozelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Redoxpaar in dem Elektrolyten eine mehr als 0,1 molare Konzentration aufweist.

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