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Auf dem äußeren lichtelektrischen Effekt beruhende lichtelektrische
Zelle Die auf dem äußeren lichtelektrischen Effekt beruhenden lichtelektrischen
Zellen werden gewöhnlich in der Weise hergestellt, daß--in ein Glasgefäß, durch
dessen Wand ein Draht eingeschmolzen ist, Kalium eingefüllt wird, welches die Glaswand
bedeckt und in Verbindung mit dem eingeschmolzenen Draht die lichtempfindliche Kathode
bildet. Der Kathode gegenüber befindet sich die als Drahtnetz oderDrahtring ausgebildete
Anode.
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Um die Empfindlichkeit einer solchen Zelle zu erhöhen, füllt man sie
nach E 1 s t e r und G e i t e 1 mit Wasserstoff von geringem Druck, durch den man
eine Glimmentladung hindurchschickt, wobei zumeist eine Verfärbung des Alkalimetalls
eintritt. Nach dem Hydrieren wird der Wasserstoff wieder entfernt und die Zelle
entweder als Hochvakuumzelle oder mit Edelgas gefüllt abgeschmolzen.
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Eine Verbesserung in der Herstellung der lichtelektrischen Zelle wurde
dadurch erzielt, daß man die lichtempfindliche Substanz auf eine metallische Unterlage
aufbrachte und sie in gewissen Fällen in nur hauchdünner Schicht aufdampfte. Derartige
Zellen besitzen gegenüber den hydrierten Photozellen wesentliche Vorteile, besonders
was ihre Konstanz anbelangt; sie ist zumeist nicht oder nur verhältnismäßig unempfindlicher
als auf dem geschilderten Wege durch Glimmentladung in Wasserstoff sensibilisierte
Photozellen. Die Erfindung betrifft nun eine Photozelle, die bei guter Konstanz
eine gegenüber den bisherigen Zellen außerordentlich hohe Empfindlichkeit auch im
langwelligen Teil des Spektrums besitzt, so daß sie sich insbesondere für technische
Zwecke vorzüglich eignet. Außerdem kann diese Zelle wegen des einfachen Aufbaues
ihrer lichtempfindlichen Schicht in beliebiger Anzahl hergestellt werden, ohne daß
die einzelnen Zellen Unterschiede in ihrer Konstanz oder hohen Empfindlichkeit aufweisen.
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Diese Vorteile werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die eigentliche
Elektronen emittierende Substanz, z. B. ein Alkali- oder Erdalkalimetall, nicht
unmittelbar auf eine metallene Unterlage in hauchdünner Schicht aufgebracht wird,
sondern unter Verwendung einer äußerst dünnen Zwischenschicht aus einer organischen
Substanz, wie z. B. Phenol oder a-Naphthol, die die hauchdünne Schicht lichtelektrisch
empfindlichen Materials anzulagern oder chemisch zu binden vermag. Letzteres ist
von ausschlaggebiend,er Bedeutung. Versuche haben nämlich gezeigt, daß indifferente
Substanzen, wie z. B. eine Paraffinzwischenschicht, die Alkali oder Erdalkali weder
anzulagern noch chemisch zu binden vermögen, völlig unbrauchbare Zellen ergeben.
Die Dicke der Zwischenschicht muß dabei erfindungsgemäß so bemessen sein, daß
sie
die Größenordnung monomolekularer Schichten besitzt. Für das -saubere Arbeiter einer
mit einer solchen =Zwischenschicht hergestellten Photozelle ist es nämlich wesentlich,
die Zwischenschicht so dünn zu gestalten, daß sie nicht als Dielektrikum wirkt,
damit keine Verschiebungsströme auftreten, welche eine Zellenträgheit hervorrufen
könnten.
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Durch die geringe Dicke der Zwischenschicht wird ferner erreicht;
daß die Kraftfelder der metallischen Unterlage noch zur Wirksamkeit gelangen, daß
also eine kombinierte Wirkung der Unterlage und der Zwischenschicht auf das in ebenfalls
sehrgeringer Schichtdicke auf die Zwischenschicht aufgebrachte Alkali- oder Erdalkalimetall
zustande kommt. So kann man z.,B. auf Kalium oder auf Silber einen monomolekularen
Hauch von Phenol bringen und hierauf wiederum eine äußerst dünne Kaliumschicht aufdampfen.
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Nun ist zwar schon eine Photozelle bekanntgeworden, bei der die aus
Kupfer bestehendeUnterlage für die hauch.dünneAlkalischicht durch Oxydation mit
einer schokoladenbraunen Kupferoxydschicht versehen war. Nach dem Aufbringen der
hauchdünnen Alkalischicht wurde diese in Wasserstoffatmosphäre mittels Glimmentladung
sensibilisiert. Abgesehen davon, daß diese bekannte Zelle sich nur auf Kupfer als
Trägermetall bezieht, während andere -Metalle, wie z. B. Silber, viel bessere Wirkung
ergeben, war auch die zwischengelagerte Kupferoxydschicht erheblich dicker, als
dies bei dem Erfindungsgegenstand `urgesehen ist, so daß die im vorstehenden dargelegte
kombinierte Wirkung von Zwischenschicht + Trägermetall nicht auftreten konnte. Außerdem
aber ist es unwahrscheinlich, daß in der fertigen Zelle überhaupt noch eine Zwischenschicht
vorhanden war, weil durch die Glimmentladung in Wasserstoffatmosphäre unbedingt
eine Reduktion des Kupferoxydes stattfinden mußte. Endlich gestattet die erfindungsgemäße
Verwendung organischer Substanzen, den Kreis der zu verwendenden Zwischenschichten
außerordentlich stark zu erweitern, so däß man die Emission der Zelle weitgehend
je nach den praktischen Erfordernissen variieren kann.
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Ferner sind schon Versuche beschrieben worden, bei denen auf eine
Alkalischicht organische Substanzen, wie Benzol,, in dünnem Überzuge - aufgebracht
wurden.- Derartige Zellen, bei denen also *auf die organische Substanz keine lichtempfindliche
Schicht mehr aufgebracht ist, haben aber bei weitem nicht die große Empfindlichkeit
und Gleichmäßigkeit wie die erfindungsgemäße Zelle, weil dort höchstens spontan
einige Alkaliatome aus der Trägerschicht heraus durch die organische l Schicht hindurchwandern
und sich auf ihr auflagern konnten. Dies hat der Verfasser des Versuchsberichtes
späterhin selbst zugegeben.
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Endlich ist es auch bekanntgeworden, organische Substanzen für die
Herstellung von Alkali- oder Erdalkaliphotozellen zu verwenden, indem man das Alkali-
oder Erdalkalimetall in einer Verbindung einführte, der organische ,Substanzen in
gewissen Mengen zugesetzt waren. Der Zweck dieser organischen Substanzen war jedoch
dabei, daß sie sich bei der nachfolgenden Behandlung zersetzen und dadurch auf die
Alkali- oder Erdalkaliverbindung reduzierend wirken sollten. Der Grundgedanke des
Verfahrens war also der, die Schwierigkeiten zu vermeiden, die sich durch die hohe
Oxydationsfähigkeit der Alkali- und Erdalkalimetalle bei deren Einbringen im metallischen
Zustande ergeben.
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Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen wurden besonders
günstige Ergebnisse erzielt, wenn sich die adsorbierte, nahezu monomolekulare Zwischenschicht
auf einem leitenden Spiegel, z: B. einem durch Verdampfen hergestellten Silberspiegel,
befindet, wahrscheinlich deshalb, weil sich hierdurch Dipole ausbilden und infolgedessen
die Moleküle einer besseren Richtkraft unterliegen. Zweckmäßig kann es auch sein,
den leitenden Träger durch Verdampfen eines Metalls, insbesondere Silber, oder eines
Metalloids in der Photozelle herzustellen. Wenn man nämlich das Trägermetall im
Vakuum aufdampft, so ist seine Oberfläche sehr rein und vermag deswegen die organische
Zwischensubstanz viel besser anzulagern, als wenn die Trägerschicht auf andere Weise
hergestellt ist, so daß sie z. B. noch eine schwache Oxydhaut oder einen schwachen
verunreinigenden Überzug irgendeiner anderen Substanz trägt.
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Die die Zwischenschicht bildende Substanz bewirkt eine besonders starke
Vergrößerung der lichtelektrischen Emission, wenn sie aus Molekülen besteht, welche
die lichtempfindliche Substanz, z. B. Kalium, anlagern oder in sich aufnehmen können.
So vermag Kalium in Phenol den Wasserstoff der OH-Gruppe zu ersetzen.
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Auch die Größe'derMoleküle der Zwischenschicht ist für die lichtelektrische
Emission maßgebend. So ergibt das aus zwei Benzolkernen mit einer OH-Gruppe bestehende
u-Naphthol ,als Zwischenschicht eine höhere Empfindlichkeit als das aus einem Benzollern
und einer O H-Gruppe zusammengesetzte Phenol.
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Die Herstellung einer lichtelektrischen Zelle mit Zwischenschicht
gemäß der Erfindung gestaltet sich im Prinzip et-%va folgendermaßen:
Nachdem
man die Zelle und ihre Metallteile gründlich ausgeheizt und entgast hat, stellt
man z. B. durch Verdampfen die als Träger dienende metallische Unterlage her, falls
nicht eine als Kathode verwendbare Elektrode in der Zelle vorgesehen ist. Die letztere
oder ein daran angesetztes Rohr steht mit einem Vorratsgefäß in Verbindung, welches
die als Zwischenschicht dienende verdampfbare Substanz enthält. Das Vorratsgefäß
wird zunächst auf einer Temperatur gehalten, bei welcher die Substanz einen sehr
kleinen Dampfdruck besitzt. Sodann bringt man das Vorratsgefäß auf eine Temperatur,
hei welcher der Dampfdruck dex Zwischensubstanz ausreicht, um auf dem metallischen
Träger eine sehr dünne Schicht in der oben angegebenen Stärke zu bilden. Ist das
Trägermetall genügend lichtelektrisch empfindlich, wie z. B. Kalium, so kann man
das Aufdampfen der Zwischensubstanz direkt mit dem Galvanometer an dem Zurückgehen
der lichtelektrischen Empfindlichkeit verfolgen. =Nun kühlt man das Vorratsgefäß
mit der Zwischensubstanz wieder ab und destilliert erst, nachdem deren Dampfdruck
in der Zelle genügend klein geworden ist, einen Hauch des eigentlichen lichtempfindlichen
Materials auf, wodurch die Empfindlichkeit sofort außerordentlich hohe Werte erreicht.
Ist hierbei etwas zuviel des lichtempfindlichen Materials in die Zelle gelangt,
so erzielt man eine gleichmäßigere Verteilung, indem man noch eine kurze Glimmentladung
hindurchschickt. Bei sorgfältiger Zellenherstellung ist dies jedoch nicht erforderlich.
Die Zelle wird nun entweder mit Edelgas gefüllt oder als Vakuumzelle abgeschmolzen.
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Ist das Verdampfen der Zwischensubstanz aus irgendwelchen Gründen
mit Schwierigkeiten verknüpft, so kann man sie auch als Lösung in die mit dem metallischen
Träger versehene Zelle einbringen, und zwar in solcher Konzentration, daß nach dem
Ausspülen mit derLösung nur eine äußerst dünne Schicht der Zwischensubstanz zurückbleibt.