DE646758C

DE646758C - Lichtelektrische Zelle mit einatomiger Schicht von lichtelektrischem Stoff

Info

Publication number: DE646758C
Application number: DEA56363D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1928-01-04
Filing date: 1928-12-30
Publication date: 1937-06-21
Also published as: US1901577A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf lichtelektrische Zellen mit einatomiger Schicht von lichtelektrischem Material und auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Zellen.
Man hat bereits lichtelektrische Zellen mit einer einatomigen Schicht von lichtelektrischem Material hergestellt, doch sind solche Zellen bisher in der Praxis nicht benutzt, da teils ihre Empfindlichkeit nicht konstant blieb und teils bei Verwendung von hochempfindlichem Material, wie Cäsium und Rubidium, die Gegenwart dieser Alkalien die elektrische Isolation der Zelle beeinträchtigte.

Es hat sich nun herausgestellt, daß diese Schwierigkeiten dadurch vermieden werden können, wenn gemäß der. Erfindung als Träger für die lichtelektrische Schicht eine mit einer Oxyd- oder adsorbierten Gasschicht bedeckte Metallunterlage dient, wobei praktisch das überschüssige lichtelektrische Material aus der Zelle entfernt ist. Solche gemäß der Erfindung hergestellten Zellen sind nicht nur stabil und frei von Ableitungs- und Kriechströmen, sondern sind auch weniger empfindlieh gegen Temperaturänderungen als die bisher hergestellten Zellen.

Das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung besteht nun darin, daß auf die innere Zellenwand ein Silberspiegel niedergeschlagen und alsdann oxydiert wird, auf dieser Unterlage Alkalimetall niedergeschlagen wird und die Zelle unter gleichzeitiger Evakuierung so lange auf einer genügend hohen Temperatur gehalten wird, bis praktisch das überschüssige Alkalimetall aus der Zelle entfernt ist. Unter überschüssigem Alkali ist zu verstehen alles Alkalimetall, das bei der Verdampfungstemperatur des kompakten Materials verdampft.

Es hat sich zwar als wünschenswert ergeben, den Alkaliüberzug auf eine oxydierte Oberfläche aufzubringen, jedoch kann das Alkalimetall auch auf das mit einer adsorbierten Sauerstoffschicht versehene Trägermetall aufgebracht werden. Wesentlich ist, daß j egliches überschüssiges Alkalimetall aus dem Gefäß entfernt wird.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, die eine Photozelle nach der Erfindung darstellt.

In der Abbildung bedeutet 1 ein Gefäß mit einem Paar Zuleitungsdrähten 2 und 3, zwischen denen ein dünner Faden 4 angebracht ist. Ein Silberkügelchen, das auf der Abbildung nicht dargestellt ist, ist von vornherein auf dem Faden so angebracht, daß es verdampfen kann, wenn durch die Drähte 2 und 3 Strom geschickt wird. Eine kreisrunde

Scheibe 6, die an dem Einführungsdraht 2 befestigt ist, bildet die Anode der photoelektrischen Zelle. Wird nun durch die Zuleitungsdrähte ein Strom geschickt, dann verdampft das Silberkügelchen, und auf dem kugelförmigen Teil des Gefäßes schlägt sich ein Silberspiegel nieder. Die Scheibe 6 verhindert ein Beschlagen des hinter ihr liegenden Teiles der Kugel und läßt so ein Fenster für die Bestrahlung der Zelle frei. Ein isolierender Abdeckring 7 aus Glimmer oder Quarz ist an den Drähten 2 und 3 befestigt und verhindert ein Beschlagen des halsförmigen Teiles des Gefäßes mit Silber. Ein Draht 8 ragt in den kugelförmigen Teil des Gefäßes 1 und steht in leitender Verbindung mit dem Metallüberzug, der sich auf der inneren Wand niedergeschlagen hat und den Kathodenträger der Photozelle darstellt.

Der Silberüberzug auf der inneren Wand des Gefäßes wird dann oxydiert. Zu diesem Zweck wird Sauerstoff bis zu einem Druck von etwa Y₁₀ mm Quecksilber in das Gefäß eingelassen und dann die Kugel in eine von hochfrequenten Strömen durchflossene Spule gebracht. Die Einwirkung der Hochfrequenzströme auf die Kugel ruft eine Aktivierung des im Gefäß vorhandenen freien Sauerstoffes hervor. Die Anwendung der Hochfrequenzströme ist zuweilen nicht ganz einwandfrei, weil dadurch Teile des Silberüberzuges auf das Fenster 5 des Gefäßes geschleudert werden können. Diese Schwierigkeiten lassen sich dadurch vermeiden, daß der Sauerstoff, wie oben beschrieben, eingelassen wird und die Kugel statt in die Hochfrequenzspule in einen Vakuumofen gesetzt wird und für einige Alinuten auf ungefähr 3(> <v^: erhitzt wird.

Wenn der gewünschte Oxydationsgrad erreicht ist, wird der überschüssige Sauerstoff abgepumpt und ein hochempfindliches Metall, z. B. Cäsium, Rubidium, Kalium oder Calcium, in den kugelförmigen Teil des Gefäßes überdestilliert. Das empfindliche Material, z. B. Cäsium, ist dabei vorteilhafterweise zunächst in abgeschmolzenen Glaskapillaren 9 untergebracht, die an einer Metallscheibe 11 mit dem Metallstreifen 12 befestigt sind. Wird die Scheibe 11 durch einen Hochfrequenzstrom erhitzt, so platzen die Enden der Glaskapillaren, und das Cäsium fließt in den kugelförmigen Teil des Gefäßes aus. Das Heizen und Öffnen der Kapillaren kann leicht vorgenommen werden, ohne daß die Röhrchen selbst zerstört werden. Es können eine oder mehrere Kapillaren benutzt werden, je nachdem wieviel lichtempfindliches Material benötigt wird.

Nachdem das lichtempfindliche Material, also z. B. Cäsium, auf die oxydierte Metalloberfläche gebracht ist, wird das Gefäß bei etwa 300⁰ gebrannt, und zwar je nach der Menge des in dem Gefäß; vorhandenen Alkalimetalls wenige Minuten bis zu ungefähr '3; Stunden. Dabei ist das Gefäß an eine geebnete Pumpvorrichtung angeschlossen. Hier-,■(fijTch wird alles überschüssige Cäsium oder t'lichtelektrische Material, das nicht festsitzt, ausgetrieben, und es bleibt eine einatomige Schicht von lichtempfindlichem Material zurück, das die gesamte freie Oberfläche des oxydierten Materials bedeckt. Die auf diese Weise adsorbierte Menge Alkalimetall kann wesentlichi größer sein, als sie zum Bedecken einer glatten Metalloberfläche erforderlich ist, da die schwammige Oxydoberfläche eine wesentlich größere Fläche einnimmt. Gegebenenfalls können auch niedrigere Temperaturen als 3oo^u beim Brennprozeß benutzt werden; in diesem Falle sind aber längere Brennzeiten 8c erforderlich, um eine gute lichtelektrisch empfindliche Schicht zu erhalten. Temperaturen über 300° sind im allgemeinen nicht zu empfehlen, da bei solchen Temperaturen die lichtelektrische Schicht leicht zerstört werden kann. Die günstigste Temperatur zur Entfernung des überschüssigen Materials ist je nach dem benutzten Material verschieden und liegt über oder unter 300⁰, je nach dem Schmelzpunkt des benutzten Elements, z. B. ist bei Benutzung von Barium eine Temperatur von etwa 700⁰ zur Erzeugung einer einatomigen Schicht nötig. In diesem Falle wird das Gefäß zweckmäßig aus Quarz bestehen. Gegebenenfalls kann die lichtempfindliche Schicht auf einem beweglichen Teil angebracht werden, der zunächst in einem evakuierten Raum untergebracht ist und nachher in die Photozelle eingeführt wird.

Die gemäß der Erfindung hergestellten Zellen besitzen eine Empfindlichkeit, die etwa doppelt so groß ist wie die der besten Kaliumhydridhochvakuumphotozelle. Eine nach der Erfindung hergestellte Zelle ergab unter gleichen Betriebsbedingungen einen Photostrom von 1,4 Milliampere gegenüber o,(>So und 0,650 Milliampere bei zwei Kaliumhydridzellen. Photozellen der beschriebenen Art besitzen neben einem hohen Wirkungsgrad große Stabilität infolge des Fehlens von freiem Alkali in der Zelle. Sie sind außerdem weniger empfindlich gegen Temperaturänderungen als gewöhnliche Zellen.

Als Trägermetall für den lichtempfindlichen Überzug kommen statt Silber gegebenenfalls auch Kupfer, Nickel, Wolf 1 am, Barium oder andere Metalle in Frage. Diese Metalle können als Überzug an der Glaswand angebracht werden oder in Form von Blechen oder Zylindern an Stielen befestigt werden. Es können als lichtelektrisches Material verschiedene Alkalien oder Erdalkalien, die in der

Gruppe der alkalischen Erden zusammengefaßt sind,. benutzt werden. Es ist zu¹ vermuten, daß die lichtelektrisch empfindliche' Schicht lediglich aus Alkalimetall besteht und nicht aus einer Verbindung, d. h. bei Benutzung von Cäsium besteht sie aus einer Silberschicht oder einem anderen Trägermetall, einer einatomigen Cäsiumschicht und einer Zwischenschicht aus Sauerstoff. Die

ίο Cäsiumschicht ist ähnlich der Oberfläche, die bei oxydierten Wolframdrähten erhalten wird, wenn sie mit Cäsium überzogen wird. Von den verschiedenen Kombinationen von Trägermetall und lichtempfindlichem Metall hat Cäsium auf einer oxydierten Silberoberfläche die besten Resultate ergeben.

Claims

Patentansprüche:

i. Lichtelektrische Zelle mit einatomiger Schicht von .lichtelektrischem Stoff, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger für die durch Verdampfen eines lichtelektrischen Stoffes niedergeschlagene lichtelektrische Schicht eine Mefallunterlage dient, deren Oberfläche mit einem Oxyd des Trägermetalls oder mit einer adsorbierten Sauerstoffschicht versehen ist, und daß der beim Niederschlagen der Schicht überschüssige lichtelektrische Stoff, welcher auf der Kathode nicht festsitzt, aus der Zelle praktisch vollkommen entfernt ist.
2. Lichtelektrische Zelle nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrische Elektrode aus einer auf einem oxydierten Silberspiegel aufgebrachten Alkali-, insbesondere Cäsiumschicht besteht.
3. Verfahren zur Herstellung einer lichtelektrischen Zelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die innere Zellenwand ein Silberspiegel niedergeschlagen und alsdann oxydiert wird, auf dieser Unterlage Alkalimetall niedergeschlagen wird und die Zelle unter gleichzeitiger Evakuierung so lange auf einer genügend hohen Temperatur gehalten wird, bis praktisch das überschüssige Alkalimetall aus der Zelle entfernt ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen