DE641294C - Verfahren zur Herstellung einer Alkaliphotozelle - Google Patents

Description

Bekanntlich enthält eine photoelektrische Zelle eine ganz oder teilweise aus einem lichtelektrischen Stoff, häufig aus Alkalimetall, ζ. B. Caesium, bestehende Elektrode. Bei der Herstellung einer solchen Zelle wird zu diesem Zweck eine Menge Alkalimetall oder eines anderen lichtelektrischen Stoffes in die Zelle eingeführt. In der Regel ist diese Menge Wesentlich größer als die zur Herstellung der genannten Elektrode genau erforderliche Menge.

Es hat sich gezeigt, daß der Überschuß ■dieses Stoffes eine ungünstige Wirkung auf die Eigenschaften der Zelle ausübt. Aus diesem Grunde hat man bereits, um diesen Überschuß unschädlich zu machen, in die Zelle eine Menge Kohle eingeführt, die den Alkalimetallüberschuß absorbiert. Kohle besitzt aber die unangenehme Eigenschaft, fast sämtliche Gase, insbesondere Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenoxyd und auch Kohlenwasserstoffe, in großen Mengen aufzunehmen. Demzufolge hält es sehr schwer, Kohle gasfrei in die Zelle einzubringen. Die im Kohlenstoff absorbierten Gase werden in der fertigen Zelle unter bestimmten Bedingungen frei, wodurch die Zelle in den meisten Fällen vollständig unbrauchbar wird. Überdies ist Kohle schwierig in zusammenhängender Form zu behalten, da sie bei einer zu hohen Erhitzung sehr leicht auseinanderfällt.

Auch ist der Alkalimetallüberschuß mittels einer in die Zelle eingeführten chemischen Verbindung beseitigt worden, die während der Herstellung der Zelle, nachdem die photoelektrische Elektrode fertiggestellt worden ist, auf eine derart hohe Temperatur erhitzt wird, daß die Reaktion einsetzt. Die chemische Verbindung kann gesondert in die Zelle eingeführt werden, aber auch in dem Wandmaterial der Zelle vorhanden sein. Es ist z. B. möglich, das Füßchen der Zelle aus Bleiglas herzustellen. Dieses Glas reagiert dann bei hoher Temperatur mit dem Alkalimetallüberschuß. +5

Obwohl in vielen Fällen mit diesem Verfahren günstige Ergebnisse erzielt worden sind, haften dieser Entfernungsart des Alkalimetallüberschusses einige Nachteile an. Bei der Reaktion zwischen der chemischen Verbindung und dem Alkalimetall wird in vielen Fällen Gas frei. Dieses Gas kann freilich, wenn die Zelle noch an die Vakuumpumpe angeschlossen ist, durch diese Pumpe entfernt werden; jedoch wird hierdurch das Verfahren, namentlich, wenn die Zelle bereits von der Pumpe abgeschmolzen worden ist, außerordentlich umständlich und schwierig. Diese Schwierigkeiten treten besonders dann auf, wenn die photoelektrische Elektrode erst gebildet wird, nachdem die Zelle von der Vakuumpumpe abgeschmolzen worden ist. In

*) Van dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr. Jan Hendrik de Bo er und Dr. Marten Cornells Teves in Eindhoven, Holland.

diesem Falle bringt die Beseitigung des Alkalimetallüberschusses mittels einer chemischen Reaktion, die nach der Bildung der photo elektrischen Elektrode erfolgen soll Schwierigkeiten mit sich. Das dabei frei werdende Gas könnte ja in diesem Fall erst durch Pumpen entfernt werden, wenn die Zelle wieder mit der Vakuumpumpe in Verbindung gesetzt würde. Dies macht die Herstellung der Zelle umständlich.

Die Abgabe von Gas ist besonders nachteilig, wenn die Zelle mit einer modernen photoelektrischen Elektrode mit einer adsorbierten Caesiumschicht versehen ist. Es hat sich herausgestellt, daß das entweichende Gas für einen großen Teil aus Wasserstoff besteht. Dieser Wasserstoff bildet mit dem adsorbierten Caesium Caesiumhydrid, das nicht photoelektrisch empfindlich ist, so daß die Empfindlichkeit der Zelle verringert wird, ßei Beleuchtung fällt das Caesiumhydrid teilweise wieder auseinander, so daß sich beim Betrieb der Zelle die Empfindlichkeit auch ändert. Der Wasserstoff kann auch mit dem in diesen modernen Elektroden vorhandenen Caesiumoxyd reagieren, was durch die Formel H₂ + Cs₂O — CsH + CsOH dargestellt werden kann. Das CsOH fördert die Zusammensinterung der Elektrode. Auch hierdurch wird die Empfindlichkeit verringert.

Außerdem erfolgt die chemische Bindung des Alkalimetallüberschusses nur bei höherer Temperatur. Die dazu erforderliche Erhitzung hat bei vielen photoelektrischen Elektroden einen erheblichen Nachlaß der photoelektrischen Empfindlichkeit zur Folge.

Die Erfindung bezweckt nun die Beseitigung der genannten Nachteile sowie eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck der Alkalimetallüberschuß durch ein oder mehrere außerhalb der photoelektrischen Elektroden angeordnete Metalle gebunden, die bereits bei Temperaturen unterhalb 150⁰ C mit Alkalimetallen eine Legierung bilden. Es hat sich gezeigt, daß die Metalle der zweiten und vierten Nebengruppe des periodischen Systems besonders wirksam sind. Die zweite Nebengruppe wird durch die Metalle Zink, Kadmium und Quecksilber gebildet; die vierte Nebengruppe besteht aus den Metallen Zinn, Blei und Germanium. Namentlich die Metalle der vierten Nebengruppe können mit großem Erfolg Anwendung finden. Da Germanium zu teuer ist, um in großem Umfange verwendet zu werden, kommen namentlich die Metalle Zinn und Blei in Betracht. Diese beiden Metalle bilden bereits bei Zimmertemperatur mit Alkalimetallen eine Legierung. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen unter anderem darin, daß die benutzten Metalle sehr leicht ganz gasfrei gemacht werden können, so daß keine Gefahr besteht, daß diese Metalle in der Zelle Gase abgeben. Auch wird kein Gas frei bei der 'Aufnahme des überschüssigen photoelektrisc'hen Stoffs, so daß dieser Überschuß nicht entfernt zu werden braucht. Außerdem erfolgt diese Aufnahme im allgemeinen bei niedrigerer Temperatur als beim bekannten mit einer chemischen Reaktion arbeitenden Verfahren. Bei dieser niedrigen Temperatur wird die photoelektrische Elektrode nicht beschädigt. Ferner können Metalle sehr leicht als ein zusammenhängendes Ganzes in die Zelle eingeführt werden, während eine chemische Verbindung meist in Pulverform eingeführt werden muß, was eine unerwünschte Ausbreitung der Reaktion in der Zelle fördert.

Die wirksame Oberfläche des zur Entfernung des Alkalimetallüberschusses verwendeten Metalls kann vorteilhaft dadurch sehr groß gemacht werden, daß sie durch Verdampfung in die Form einer dünnen Schicht gebracht wird.

Die Erfindung wird an Hand der Abbildung, die beispielsweise eine photoelektrische Zelle nach der Erfindung darstellt, näher erläutert.

Die dargestellte Zelle weist eine zylindrische Glaswand 1 auf, an welche ein Füßchen mit einer Quetschstelle 2 und einem Tellerröhrchen 3 angeschmolzen ist. Auf der Quetschstelle 2 ist die Anode 4 angeordnet, die aus einem haarnadelförmig umgebogenen Metalldraht besteht, der an die Stromzuführungsdrähte 5 und '6 angeschlossen ist. Die Kathode der Zelle besteht aus einer Silberschicht 7, die mit einer Silberoxydschicht 8 bedeckt ist. Auf dieser Silberoxydschicht ist eine sehr dünne Caesiumschicht aufgebracht. An dem Draht 10, der in die Quetschstelle eingeschmolzen ist, ist ein Stückchen Zinn 11 befestigt, das zur Bindung des Caesiumüber-Schusses dient. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Zinn in irgendeiner anderen Weise in der Zelle anzuordnen. Es ist z. B. möglich, das Tellerröhrchen 3, bevor das Füßchen an dem Kolben der Zelle festgeschmolzen wird, mit einer dünnen Zinnschicht zu überziehen, was durch Verdampfen und Kondensieren des Zinns im Vakuum erfolgen kann. Bei der Herstellung der Zelle kann man wie folgt verfahren. Auf der Anode 4 wird ein wenig Silber befestigt. Erst jetzt erfolgt die Anordnungen der Zelle. Nachdem die Zelle entlüftet worden ist, wird ein Heizstrom durch die Anode 4 geführt, so daß das Silber verdampft und sich auf der Wand der Zelle niederschlägt. Dabei wird auf bekannte Weise mittels eines nicht dargestellten Schirmes ein

Teil der Zellenwand vor dem Silberniederschlag geschützt. Dieser nicht beschlagene Teil der Zellenwand bildet ein Fenster, durch das die den Photostrom erregenden Lichtstrahlen eindringen können.

Nach dem Anbringen der Silberschicht wird dieser an der Oberfläche oxydiert. Zu diesem Zweck wird ein wenig Sauerstoff in die Zelle zugelassen und eine elektrische Entladung

ίο zwischen der als Kathode dienenden Silberschicht und der Anode herbeigeführt. Nach Entfernung des Sauerstoffüberschusses wird durch das obere Ende der Zelle eine Menge Caesium eingeführt. Ein Teil des Caesiums wird durch die Silberoxydschicht aufgenommen, während der Rest durch die Zinnschicht 10 gebunden wird. Das Zinn bildet dabei eine Legierung mit dem Caesiumüberschuß. Diese Beseitigungsart des Caesiumüber-

ao Schusses ist äußerst einfach, wodurch die Herstellungszeit der Zelle verkürzt werden kann.

Statt des Zinns kann auch vorteilhaft Blei verwendet werden, das ebenso wie Zinn bereits bei Zimmertemperatur mit Caesium in hohem Maße eine Legierung bildet.

Auch können als Fangstoff z. B. Metalle der zweiten Nebengruppe des periodischen Systems, nämlich Zink, Kadmium und Quecksilber, Anwendung finden. Bei der Verwendung von Quecksilber ist darauf zu achten, daß dieses derart angebracht wird, daß es nicht über die Kathode fließen kann. Zu diesem Zweck kann man das Quecksilber, auf besondere Weise in. der Zelle einschließen. Vorteilhaft kann das Quecksilber in Form eines Amalgams, z. B. Kadmiumamalgam,, das nicht flüssig ist, in die Zelle eingeführt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Alkaliphotozelle/ in der ein Alkalimetallüberschuß durch einen außerhalb der photoelektrischen Elektrode angebrachten Fangstoff beseitigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Fangstoff ein oder mehrere Metalle verwendet werden, die bei Temperaturen unterhalb von etwa 150⁰C mit dem Alkalimetallüberschuß eine Legierung bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalimetallüberschuß durch ein oder mehrere der Metalle der zweiten oder vierten Nebengruppe des periodischen Systems gebunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalimetallüberschuß durch Zinn oder Blei gebunden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,- daß das Metall, das den Alkalimetallüberschuß bindet, durch Verdampfen in die Form einer dünnen Schicht gebracht wird.

5. Photoelektrische Zelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle außerhalb der photoelektrischen Elektrode ein Metall, vorzugsweise ein Metall der zweiten oder vierten Nebengruppe des periodischen Systems, insbesondere Zinn oder Blei, enthält, das mit-Alkalimetall legiert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen