-
Verfahren zur Herstellung einer.photoelektrischen Elektrode Es sind
bereits photoelektrische Zellen bekannt, die eine photoelektrische Elektrode aufweisen,
die eine Schicht eines Oxyds eines photoelektrischen Metalls, z. B. Cäsiumoxyd,
enthält, das mit Teilchen des photoelektrischen Metalls selbst, häufig auch mit
Teilchen eines nichtphotoelektrischen Metalls, z. B. Silber, vermischt ist. Bei
der Herstellung derartiger Zellen kann z. B. wie folgt verfahren werden: Ein Silberspiegel
wird oberflächlich oxydiert; nach der Entfernung des Überschusses an zu diesem Zweck
verwendetem Sauerstoff wird Cäsium in die Zelle eingebracht, die dann in geschlossenem
Zustand einem Erhitzungsverfahren unterworfen wird, bei dem das Silberoxyd vom Cäsium
reduziert wird, Cäsiumteilchen in das Gemisch von Silberteilchen und Cäsiumoxydteilchen
eindringen und von dieser gemischten Schicht Cäsium adsorbiert wird. Es wird dann
der Cäsiumüberschuß entfernt, entweder dadurch, daß ;er aus der Zelle mit Hilfe.
einer Pumpe abgesaugt oder innerhalb der Zelle gebunden wird z. B. mit Hilfe von
Kohlenstoff oder einer Substanz, wie Bleioxyd, die mit dem Cäsium eine chemische
Reaktion eingeht. Es können zur Entfernung des Cäsiumüberschusses auch Metalle benutzt
werden, die mit dem Cäsiumüherschuß eine Legierung bilden können, z. B. Blei. Obwohl
mit diesem Verfahren gute Ergebnisse erzielt worden sind, bietet die Entfernung
des Überschusses an photoelektrischem Stoff in vielen Fällen Schwierigkeiten. Es
ist z. B. bekannt, daß dabei oft Gase frei werden, durch welche die günstigen Eigenschaften.
der photoelektrischen Elektrode teilweise verlorengehen können.
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer
photoelektrischen Elektrode in einer elektrischen Entladungsröhre, und sie betrifft
insbesondere ein Verfahren, bei dem es nicht nötig ist, den überschuß an photoelektrischem
Metall zu entfernen.
-
Eine photoelektrische Elektrode wird erf.ndungsgegläß dadurch hergestellt,
daß eine Schicht eines vollkommen oxydierten photoelektrischen Metalls, zweckmäßig
Cäsium, teilweise dadurch zersetzt wird, daß diese Schicht als Elektrode, zweckmäßig
als Kathode, einer elektrischen Entladung in einem indifferenten Gas ausgesetzt
wird, wobei der bei dieser Zersetzung frei werdende Sauerstoff von einem außerhalb
dieser Schicht vorhandenen Fangstoff, zweckmäßig Barium oder Calcium, gebunden wird.
-
Die Schicht aus vollkommen oxydiertem photoelektrischem Metall, von
der bei dieser Zersetzung ausgegangen wird, kann z. B. in
bekannter
Weise dadurch erhalten werden, daß in der Entladungsröhre eine Schicht des photoelektrischen
Metalls angebracht wird, das entweder durch Verdampfung in die Entladungsröhre eingebracht
oder in der Röhre aus einer Verbindung frei gemacht werden kann. Diese Schicht aus
photoelektrischem Metall kann mittels einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre vollkommen
oxydiert werden, so daß in der Entladungsröhre photoelektrisches Metall als solches
nicht mehr vorhanden ist. Es kann zu diesem Zweck eine Sauerstoffmenge im überschuß
in die Entladungsröhre eingebracht und nach Oxydation des photoelektrischen Metalls
kann der Sauerstoffüberschuß mit Hilfe einer Pumpe entfernt werden.
-
Es kann auch in bekannter Weise von einer Schicht eines nichtphotoelektrischen
Metalls, z. B. Silber, ausgegangen werden, die ganz oder teilweise oxydiert wird.
worauf das photoelektrische Metall auf diese oxydierte Metallschicht aufgebracht
und das Metalloxyd von dem photoelektrischen Metall reduziert wird, wodurch ein
Gemisch von nichtphotoelektrischen Metallteilchen, z. B. Silberteilchen, und dem
Oxyd des- photoelektrischen Metalls erhalten wird. Um gegebenenfalls noch nicht
oxydiertes Metall in Oxyd überzuführen, kann Sauerstoff in die Röhre eingelassen
werden; der Überschuß an Sauerstoff wird mit Hilfe einer Pumpe entfernt.
-
Nachdem die Schicht aus vollkommen oxydiertem photoelektrischem Metall,
gegebenenfalls mit anderen Stoffen, z. B. den obenerwähnten Silberteilchen, vermischt,
erhalten worden ist, wird die Entladungsröhre mit Gas, zweckmäßig Edelgas, gefüllt,
das in bezug auf das photoelektrische Metall indifferent ist. In dieser Gasfüllung
wird eine elektrische Entladung herbeigeführt, bei der die Oxydschicht als Elektrode
dient. Infolge dieser Entladung wird das Oxyd des photoelektrischen Metalls teilweise
zersetzt, wobei der frei werdende Sauerstoff von dem außerhalb der Oxydschicht vorhandenen
Sauerstoffangstoff gebunden wird. Es ist darauf zu achten, daß dieser Fangstoff
nicht von dem Sauerstoff angegriffen werden kann, der zur Oxydation des photoelektrischen
Metalls in die Entladungsröhre eingebracht wird. Der Sauerstoffangstoff kann zu
diesem Zweck in einem solchen Zustand, z. B. in Form einer mit einem Reduktionsmittel
vermischten Verbindung, in die Röhre eingebracht werden, daß kein Sauerstoff gebunden
werden kann, und daß er erst, nachdem das photoelektrische Metall oxydiert und der
Sauerstoff überschuß aus der Entladungsröhre entfernt worden ist, in seinen wirksamen
Zustand übergeführt wird. Es kann z. B. eine Kapsel verwendet werden, die ein Gemisch
von Bariumchromat und Zirkonium enthält. Durch Hochfrequenzerhitzung dieser Kapsel
wird die Bariumverbindung vom Zirkonium reduziert und das Barium aus der Kapsel
verdampft. Es kann auch Barium verwendet werden, das als solches von einer metallenen
Hülle z. B. aus Kupfer umschlossen ist, sog. verkupfertes Barium.
-
Die durch die Zersetzung eines Teiles des photoelektrischen Metalloxyds
entstandenen photoelektrischen Metallteilchen mischen sich mit den übrig gebliebenen
Oxvdteilchen und setzen sich teilweise auch auf der Oberfläche der Oxydschicht als
eine dünne, adsorbierte Schicht des photoelektrischen Metalls ab. Der Grad der Zersetzung
des Oxyds läßt sich durch Bestimmung der Entladungsstromstärke und der Entladungsdauer
reproduzierbar regeln. Die Anzahl der bei dieser Entladung durch die Röhre geschickten
Coulomb ist ein unmittelbares Maß für die Menge des zersetzten Oxyds. Es wird auf
diese Weise auf vollkommen reproduzierbare Weise eine empfindliche photoelektrische
Elektrode erhalten, ohne daß nach der Bildung dieser Elektrode ein Überschuß an
photoelektrischem Metall entfernt zu werden braucht.
-
Die gebildete Elektrode besitzt sehr gute photoelektrische Eigenschaften
und kann daher als Kathode einer photoelektrischen Zelle benutzt und in diesem Fall
mit Licht bestrahlt werden. Die Elektrode kann jedoch auch zu anderen Zwecken, z.
B. zur Lieferung eines sekundären Emissionsstromes, verwendet werden. Derartige
Elektroden emittieren bekanntlich bei Elektronen- oder Ionenanprall sekundäre Elektronen.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Abbildung näher erläutert,
in der beispielsweise eine photoelektrische Zelle dargestellt ist, deren Kathode
mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung hergestellt werden kann.
-
Die in der Abbildung dargestellte photoelektrische Zelle i enthält
einen Glühdraht z, der vor der Anordnung in der Zelle mit etwas Silber überzogen
worden ist. Nach der Entlüftung der Zelle wird ein elektrischer Strom durch den
Glühdraht ä geschickt, wodurch das auf letzterem befindliche Silber verdampft wird.
Das verdampfte Silber setzt sich auf der Wand in Form einer Schicht 3 ab. Der Schirm
q. verhindert das Niederschlagen von Silber auf dem Füßchen 5, und durch das Vorhandensein
eines ähnlichen, in der Abbildung nicht dargestellten Schirmes wird in der Silberschicht
3 ein Fenster frei gelassen. Diese Schicht 3 steht mit einem durch die Zellenwand
nach außen geführten Metalldraht 7 in Kontakt.
-
Nach der Bildung der Silberschicht 3 wird Sauerstoff in die Zelle
eingelassen, und es
wird in dieser Sauerstoffatmosphäre zwischen
der als Kathode dienenden Schicht 3 und dem als Anode wirksamen Glühdraht 2 eine
Entladung herbeigeführt. Die Schicht 3 wird infolgedessen oberflächlich oxydiert.
Nach hinreichender Oxydation des Silbers wird der Sauerstoffüberschuß mit Hilfe
einer Pumpe aus der Zelle entfernt.
-
Es wird dann z. B. durch Hinüberdestillierung Cäsium in die Zelle
eingeführt. Dieses Cäsium setzt sich auf der Silberoxydschicht ab. Die Zelle wird
dann derart erhitzt, daß das Silberoxyd vom Cäsium reduziert wird, wodurch eine
Schicht erhalten wird, die aus einem Gemisch von Cäsiumoxyd- und Silberteilchen
besteht. Zur Oxydation des gegebenenfalls in der Zelle vorhandenen Cäsiumüberschusses
wird dann Sauerstoff in die Zelle eingelassen. Der Sauerstoffüberschuß wird mit
Hilfe einer Pumpe entfernt. Mit Hilfe eines Hochfrequenzwechselstr omes wird dann
eine metallene Kapsel 8 erhitzt, die ein Gemisch von Bariumchromat und Zirkonium
enthält. Durch diese Erhitzung wird diese Bariumverbindung reduziert und das frei
werdende Barium aus der Kapsel verdampft. Das verdampfte Barium setzt sich in Form
eines Spiegels 9 auf der Wand der Zelle ab.
-
Es wird dann Argon in die Zelle eingebracht z. B. unter einem Druck
von o, i mm. Zwischen dem Glühdraht 2 als Anode und der auf der Silberschicht 3
gebildeten Oxydschicht als Kathode wird dann im Argon eine elektrische Entladung
herbeigeführt, durch die das .Cäsiumoxyd in Cäsium und Sauerstoff zersetzt wird,
wobei der frei werdende Sauerstoff von dem Bariumspiegel 9 gebunden wird. Die entstandenen
Cäsiumteilchen sind mit -den übrigbleibenden Cäsiumoxydteilchen und den bereits
mit diesem Oxyd vermischten Silberteilchen vermischt. Diese gemischte Schicht ist
in der Abbildung mit i o bezeichnet. Es setzen sich auf dieser gemischten Schicht
außerdem eine Anzahl der frei werdenden Cäsiumteilchen ab, wodurch eine sehr dünne,
häufig sogar weniger als atomär besetzte adsorbierte Schicht aus photoelektrischem
Metall erhalten wird. Die in die Zelle eingebrachte Argonfüllung kann aus der Zelle
entfernt werden, worauf letztere als Hochvakuumzelle benutzt werden kann. Ist auch
beim normalen Betrieb eine Gasfüllung in der Zelle gewünscht, so kann dieses Argon
in der Zella verbleiben, oder man kann sie mit einer neuen Füllung versehen.