DE601705C - Verfahren zur Saeuberung der koerperlichen Kathode einer Photozelle - Google Patents

Description

Die Kathode einer photoelektrischen Zelle kann entweder körperliche Form besitzen, d. h. aus einem festen Metallstück, wie z. B. aus einem Blatt Thorium, bestehen oder durch einen dünnen Niederschlag eines solchen Metalls auf der Zellenwand gebildet werden. Die Anode kann zwar aus demselben Metall wie die Kathode bestehen, meistens wählt man jedoch einen lichtelektrisch möglichst inaktiven Stoff, wie z. B. Nickel.

Es ist gefunden worden, daß die Empfindlichkeit einer solchen Zelle erheblich vergrößert und konstant gemacht werden kann, wenn man die Oberfläche der Kathode von allen Verunreinigungen und Oxyden säubert, und gemäß der Erfindung besteht das Verfahren zur Säuberung der' körperlichen Kathode einer Photözelle darin, daß zwischen der Anode und der Kathode in einem inerten Gas eine Glimmentladung herbeigeführt wird, während welcher ein Teil der Zellenwand, vorzugsweise mittels eines beweglichen Schirmes in der Zelle, abgeschirmt bleibt, letzteres, um die Zellenwand teilweise gegen einen schwärzenden Niederschlag des verdampften oder zerstäubten Stoffes zu schützen. Soll dagegen die Betriebskathode aus einer dünnen Schicht des lichtelektrischen Stoffs auf der Hüllenwand der Zelle bestehen, dann wird das Verfahren gemäß der Erfindung dahin abgeändert, daß die Glimmentladung zwischen der Anode und der körperlichen Hilfskathode nach erfolgter Säuberung noch so lange ohne Abschirmung der Zellenwand fortgesetzt wird, bis auf ihr ein als Betriebskathode brauchbarer Niederschlag des gesäuberten Photostoffs entstanden ist.

Es ist zwar bei der Herstellung von Verstärkerröhren bekannt, die Metallelektrode mit Hilfe einer Glimmentladung von eingeschlossenen Gasen zu befreien. Bei der Erfindung handelt es sich aber um die Säuberung bzw. Zerstäubung eines photoelektrischen Stoffs in einer Photozelle mittels Glimmentladung, wodurch eine beträchtliche Steigerung in der photoelektrischen Empfindlichkeit der Zelle erzielt werden kann. Mit dieser gesteigerten Empfindlichkeit geht gleichzeitig eine große Konstanz einher, wie sie z. B. bei einer Zelle, bei welcher das lichtelektrische Metall zur Erzielung einer reinen Oberfläche mit Hilfe einer Art Destillation in die Zelle eingebracht wird, nicht erreicht werden kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung soll in verschiedenen Ausführungsformen an

Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden.

Fig. ι ist eine schaubildliche Ansicht einer photoelektrischen Zelle, deren Hülle teilweise weggebrochen ist.

Fig. 2, 3 und 4 stellen eine Zelle dar, bei der die Kathode auf der Hüllenwand niedergeschlagen wird; die Figuren zeigen die aufeinanderfolgenden Stufen bei der Bildung des Kathodenniederschlages.

In Fig. ι enthält die photoelektrisohe Zelle eine Hülle 10 aus einem für ultraviolettes Licht durchlässigen Stoff, wie z. B. Quarz oder einem der bekannten Gläser, die, wie z. B. Corex o. dgl., besonders für Ultraviolett durchlässig sind. Innerhalb der Hülle ι ο ist eine staibf örmige Anode 11 und eine plattenf örmige Kathode 12 angeordnet, die beide vorzugsweise aus Thorium bestehen. Die Anode 11 wird von einem Einführungsleiter 13 und die Kathode 12 von zwei getrennten starren Drähten 14 und; 15 getragen. Der Draht 15 ist zusammen mit dem Zuführungsdraht 13 in der Quetschstelle 16 der Röhre eingeschmolzen. Ein Isolationsrohr 17 aus Quarz, Glas oder Porzellan oder ähnlichem Stoff umgibt den Zuführungsdraht 13 und beschränkt die wirksame Fläche des Drahts auf den Endteil 11. Die Halter 14 und 15 können, wenn erwünscht, auf ähnliche Weise geschützt sein. Ein Rahmengestell, das aus zwei parallelen sich in der Längsrichtung erstreckenden Drähten 18 und 19 und aus einem versteifenden Querdraht 20 besteht, ist über der Ouetschstelle 16 angebracht. Von dem Rahmengestell wird ein zylindrischer Schirm 21 getragen, der an seiner Innenoberfläche Spangen oder Halter 22 besitzt, in welche die senkrechten Träger iS und 19 gleitend eingreifen. Beim Umstülpen der Röhre kann sich der Schirm 21 von dem einen Ende des Rahmens nach dem anderen Ende bewegen. Der Zweck des Schirms 21 ist, die Wände der Hülle während der Elektrodenbehandlung vor verdampftem oder zerstäubtem Elektrodenstoff zu schützen.

Bei der Herstellung der Zelle wird die Hülle, nachdem die Elektrodenvereinigung in der Hülle eingeschlossen worden ist, ausgetrocknet und in der gewöhnlichen Weise ausgepumpt und der Schirm 21 durch hochfrequente Induktionserhitzung entgast. Darauf wird eine Füllung aus einem inerten Gas, wie z. B. Argon, Neon oder Helium, in die Hülle durch das Auspumprohr 23* eingeführt. Befriedigende Ergebnisse werden mit Argongas bei einem Druck von etwa 1 bis 6 mm erzielt. Die Röhre wird dann umgestülpt, um den Schirm 21 über die Elektroden 11 und 12 zu verlegen, und eine Glimmentladung zwischen den Elektroden mit genügender Stromdichte erzeugt, um eine beträchtliche Zerstäubung· des Elektrodenstoffs zu bewirken.

Wenn eine Gleichstromentladung angewendet wird, soll die Kathode 12 der photoelektrischen Zelle als Anode für die Glimmentladung dienen. Die Entladung ist so lange fortzusetzen, bis die Elektroden völlig gesäubert sind, gewöhnlich über etwa zwei Stunden. Der zerstäubte Stoff sammelt sich im Innern des Schirms 21, so daß die Hülle klar und frei von lichtversohluckenden Niederschlagen gehalten wird. Nachdem die Kathode vollständig gereinigt ist, wird der Schirm 21 in .die in Fig. 1 dargestellte Lage gebracht.

Wenn in. der Zelle eine Gasfüllung gewünscht wird, kann die Zelle unmittelbar nach der Glimmentladung benutzt werden, andernfalls muß das Gas vollständig ausgepumpt werden, wie dies in Verbindung mit den Fig. 2, 3 und 4 beschrieben werden soll. In den Fig. 2, 3 und 4 ist eine photoelektrische Zelle gezeigt, bei der die Kathode aus einem Niederschlag von reinem Thorium auf einer Hüllenwand'besteht. Die Zelle besteht aus einer Hülle 40, die vorzugsweise aus Thorium hergestellte Anoden 41 und 42 besitzt, die innerhalib der Hülle aus den entgegengesetzten Enden hervorragen. Die Anoden 41 und 42 sind auf starren Zuführungsdrähten 43 und 44 angeordnet, die in den Enden der Hülle eingeschmolzen und von Isolierhülsen 45 umgeben sind. Es ist jedoch ersichtlich, · daß die Anoden, wenn es gewünscht wird, beide auf einem einzigen Fuß angeordnet sein können. Auf einer Wand der Röhre wird eine Kathode 46 in Form eines dünnen Thoriumniederschlags in Verbindung mit einem Zuführungsleiter 47 gebildet, der durch die Hülle verläuft und mit einer äußeren Klemme 48 verbunden ist.

Vorzugsweise wird die Hülle vor der Bildung des Thoriumniederschlags in der Umgebung des Einführungsdrahts 47 mit einer Schicht eines Edelmetalls, wie z. B, Gold, überzogen, um eine gute elektrische Verbindung zwischen der Kathode und deniKathodenzufuhrungs draht zu erzielen. no

Dieser Goldüberzug kann dadurch aufgebracht werden, daß die Hülle mit flüssiger Goldlösung angestrichen, der Überzug für einige Minuten bei etwa 150⁰ C getrocknet und dann für 10 bis 15 Minuten bei einer Temperatur von etwa 500⁰ C erhitzt wird. Während der Erhitzung soll ein Luftstrom durch die Hülle aufrechterhalten werden, um die von dem Überzug abgegebenen verdampften Stoffe abzuführen.

Ein röhrenförmiger Metallschirm 49 ist innerhalb der Hülle so angebracht, daß er

von deren einem Ende nach dem anderen Ende bewegt werden und so die in den Figuren gezeigten Lagen einnehmen kann. Der Schirm 49 ist auf einem Rahmen angebracht, der aus zwei parallelen, sich in der Längsrichtung erstreckenden Drähten 50 und 51, die in der Ouetschstelle 52 eingeschmolzen sind, und aus einem Ouerversteifungsteil 53 besteht.

Der Schirm 49 enthält einen unteren Zylinderteil 54 und einen oberen halben Zylinderteil 55, der so angeordnet ist, daß, wenn sich der Schirm in der oberen, in Fig. 2 gezeigten Lage befindet, die Elektroden 41 und 42 in dem Zylinderteil 55 des Schirms vollständig eingeschlossen sind. In dieser Lage des Schirms werden die Thoriumelektroden durch eine zwischen ihnen erzeugte Glimmentladung in einer gasförmigen Füllung eines der einatomigen Gase gesäubert. Nachdem die Anoden beide völlig gesäubert und die verdampften und zerstäubten Verunreinigungen im Innern des Schirms gesammelt worden sind, wird der Schirm in die in Fig. 3 gezeigte Lage bewegt und die Glimmentladung fortgesetzt, um eine gewisse Menge Thorium über die eine Seite der Hülle zu zerstäuben und die Kathodenfläche 46 zu bilden. Der übrige Teil der Hülle wird während dieses Vorgangs durch den Halbzylinderteil 55 des Schirms geschützt, so daß gegenüber der Kathode ein klares Fenster für das Licht gebildet wird. Der Schirm wird dann in. die untere in Fig. 4 gezeigte Lage bewegt, um die Röhre in Gebrauch nehmen zu können. Es ist zu verstehen, daß, bevor die Elektroden gesäubert werden und die Kathodenfläche gebildet wird, die Hülle durch das Auspumprohr 56 ausgetrocknet und ausgepumpt, die Gasfüllung eingebracht und die Röhre verschlossen wird. Wenn es gewünscht wird, die Zelle mit einer Gasfüllung arbeiten zu lassen, wird das für die Aufrechterhaltung der Glimmentladung verwendete Gas in der Hülle zurückgelassen. Wenn jedoch eine Vakuumzelle gewünscht wird, muß' das Gas weggeschafft werden. Dies kann in geeigneter Weise durch das Hilfspumprohr 57 geschehen, das an dem Ende der Röhre angebracht ist, das dem Pumprohr 56 gegenüberliegt.

Das Pumprohr 57 hat eine Erweiterung 58, durch das ein dünner, blasenförmiger Glasteil 59 verläuft, der den unteren Teil des Rohrs nach der Atmosphäre hin abschließt.

Wenn es gewünscht wird, die Gasfüllung abzuführen, wird ein Eisenkolben 60 oberhalb des Teils 59 in das Rohr eingefügt und das Ende 58 mit einer Pumpenvorrichtung verbunden. Nachdem die Luft aus der Verbindung über dem Teil 59 beseitigt worden ist, wird der Eisenkolben-60 durch einen äußeren Magneten gehoben und derart fallengelassen, daß er den. Teil 59 durchsticht und das Innere der Hülle mit der Pumpenvorrichtung verbindet. Eine Anordnung dieser Art ist notwendig, wenn das einatomige Gas herausgeführt werden soll, um das Eintreten von Luft in die Hülle nach der Bildung der Kathode zu verhindern, da sonst die mit dem Thorium in Berührung kommende Außenluft dessen Empfindlichkeit augenblicklich beeinträchtigen oder zerstören würde.

Beim Betrieb der Zelle können die Anoden 41 und 42 zusammen als eine einzige Anode verwendet werden, es kann aber auch nur die eine der Anoden benutzt werden. Der Hauptzweck, die beiden Anoden in der Hülle einzuschließen, soll ermöglichen, daß während der Säuberung der Anode und während der Bildung der Kathodenschlicht auf der Hülle eine der Anoden als Kathode für die andere dienen kann.

Im Rahmen der Erfindung können selbstverständlich mannigfaltige Veränderungen in der Ausführung vorgenommen werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Säuberung der körperlichen_ Kathode einer Photozelle, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anode und der Kathode eine Glimmentladung in inertem Gas eingeleitet wird, während welcher ein Teil der Zellenwand, vorzugsweise mittels eines beweglichen Schirmes in der Zelle, abgeschirmt bleibt.

2. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Photozelle mit einer auf der inneren Zellenwand niedergeschlagenen lichtelektrischen Schicht als Betriebskathode, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmentladung zwischen Anode und körperlicher Hilfskathode nach erfolgter Säuberung noch so lange ohne Abschirmung der Zellenwand fortgesetzt wird, bis auf ihr ein als Betriebskathode brauchbarer Niederschlag des gesäuberten Photostoffes entstanden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen