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Photoelement mit Trägerelektrode aus Aluminium Die Verwendung von
Aluminium und anderen Leichtmetallen und Leichtmetallegierungen für Trägerelektroden
von Troc1sengleichri:chtern und Photoelementen bot lange Schwierigkeiten, weil die
oxydierte Aluminiumoberfläche sehr störende Sperrwirkungen verursachte. Es ist daher
schon vorgeschlagen worden, derartige Trockengleichrichter unter Vermeidung dieses
Fehlers mit hervorragenden Gleichrichtereigenschaften herzustellen, indem man die
störende Aluminium- usw. Oxydschicht mit Atomen, Dämpfen oder Ionen von :Metallen
oder reduzierenden Stoffen bombardierte. Dadurch wurden diese Stoffe in die O'xydoberfläche
eingelagert, ähnlich wie dies z. I3. bei der Einfärbung von Allalihalogeni,dkristallen
geschient oder bei derjenigen von Aluminimnoxydkristallen mit Chrom zur Erzeugung
von Rubinen. Es hat sieh nun gezeigt, daß nach denselben Grundsätzen aufgebaute
Photoelemente ebenfalls ganz ausgezeicihnete lichtelektrische Eigenschaften aufweisen.
Die Erfindung betrifft daher ein Photoelement, insbesondere Selenphotoelement, mit
Aluminimum oder anderem Leichtmetall bzw. Leichtmetallegierung als Trägerelektrode
für die Halbleiterschicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in die den Halbleiter
tragende Oxydoberfläche der Trägerelektrode Metalle oder reduzierende Gase oder
Dämpfe eingelagert sind.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel eines Photoelements nach
der Erfindung in der Seitenansicht schematisch wiedergegeben, wobei die Dickenabmessungen
der Anschaulichkeit halber stark übertrieben und verzerrt sind. MUit t ist die Trägerelektrode,
etwa aus Aluminium, -bezeichnet,
in -deren Oxydöberfläche -t-;n
Wisinutatome eingelagert sind. Auf dieser eingefärbten Oberfläche als Trägerfläche
befindet sich ,die Halbleiterschicht s aus Selen, die ihrerseits auf ihrer freien
Oberfläche die Sperrschicht sp trägt: Diese kann spontan-gebildet oder künstlich
hergestellt sein, etwa durch Aufträgen einerdünnen Kunstharzschicht. Auf der Sperrschicht
bef'nidet sich in bekannter Weise die lichtdurchlässige Gegenelektrode g; z. B.
eine sehr dünne Goldschicht, die durch Kathodenzerstäubung aufgetragen wurde. An
die Trägerelektrode t und die -Gegenelektrode g sind die Anschlußleitungen ei bzw.
eingelegt.
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Die Einlagerung in die Oxydoberfläche der Trägerelektrode wird in
Fortbildung der Erfindung zweckmäßig in der Weise vorgenommen, daß diese Oberfläche
mit Dämpfen, Atomen oder Ionen des einzulagernden Stoffes bombardiert wird. Dabei
wird nur so -,venig Metall aufgebracht, daß keine sichtbare Schicht entsteht. Die
Aluminiumoxydschicht bleibt also in ihrer guten Wirkung erhalten, d. h. es bleibt
die gute Haftfähigkeit des Selens oder sonstigen Halbleiters auf der Grundelektrode
bestehen und gleichzeitig die chemische Aktivität der Aluminiumoxydschicht, die
die Einwirkung des Selens oder anderen Halbleiters auf das Aluminium verhindert.
Miehin werden insbesondere elektrolytische Vorgänge, die eitle Instabilität des
Photoelements zur Folge hätten, ausgeschlossen. Bei dickeren Metallüberzügen, die
meist auf elektrolytischem Wege hergestellt werden, bleibt das Aluminium vollkommen
unwirksam. Als Grundelektrode wirkt da vielmehr der galvanische Überzug. Derart
hergestellte Metallüberzüge neigen wegen der darunterliegenden Oxydhaut dazu, sich
von der Trägerelektrode abzulösen.
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Die Einfärbung der Oxydhaüt gemäß der Erfindung; wie- man die Behandlung
der Leichtmetalloberfläche in Analogie zu der Bezeichnung der obenerwähnten Behandlung
von Alkalihalogenid- -kristallen oder der Färbung von Aluminiumoxydkristallen nennen
kann, wird z. B. auf folgendem Wege erzielt: Die Oxydhant wird ganz kurze Zeit bei
einer Temperatur von über zoo° C einem Metallatom- oder Metälldampfstrahl ausgesetzt.
Bei den Versuchen zeigte sich, daß eine besonders gute Wirkung mit Wismut; Zinn
oder Antimon erreicht wurde. Statt der Metalle können auch reduzierende Gase oder
Dämpfe, insbesondere Wasserstoff, aufgestrahlt werden.
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Eine besonders gute Einlagerung erzielt man, wenn man die einzulagernden
Stoffe in Form von positiven Ionen verwendet und sie unter Anlegung eines entsprechenden
elektrischen Feldes auf und in die Oxydschicht schießt. Auch die jonen des Halbleitermaterials,
das später auf die Trägerelektrode aufgebracht wird, können verwendet werden.
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Nach dieser Behandlung der -Oxydschicht wird die Selen-Halbleiterschicht
in bekannter Weise durch Aufschmelzen, .Aufstäuben oder Aufdampfen aufgebracht und
anschließend durch die bekannten Formierungsverfahren in die kristalline lichternpfindliche
Modifikation übergeführt: Besonders zweckmäßig ist es dabei, das Selen aufzudampfen
und in an sich bekannter Weise dabei die Trägerelektrode anzuwärmen, so daß das
Selen sich unmittelbar-in der kristallinen Modifikation niederschlägt; die übliche
Elektrodentemperatur liegt dabei bei 12o° C. Bei diesem Verfahren empfiehlt es sich,
in neutraler Atmosphäre oder im Vakuum zu arbeiten, damit keine Oxydation der eingelagerten
Stoffe bei der erhöhten Temperatur stattfindet.
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Eine Einlagerung im Überschuß kann von Vorteil sein, weil sich dabei
eine auffällige Verbesserung des Kristallisationsgefüges der Selenschiebt ergibt.
Wenn nämlich kein Überschuß aufgebracht wurde, so kristallisierte das aufgedampfte
Selen bei schnellerem Aufdampfen erst nach Erreichen einer gewissen kleineren Schichtdicke
um, d. h. also mit einer kleinen Zeitverzögerung. Dabei bekam es Risse und neigte
infolgedessen zur Ablösung von der Unterlage. Die so hergestellten Photoelemente
waren ungleichmäßig im Ausfall und instabil. Wollte- man diese Mängel vermeiden,
so mußte die Aufdampfung der Selenschicht erheblch langsamer vorgenommen werden;
wodurch die Fabrikation verzögert und die Herstellungskosten gesteigert werden.
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Wird aber das Einlagerungsmetall in einem richtig bemessenen Überschuß
auf die Trägerelektrode aufgebracht, so erhält man auch bei schnellem Aufdampfen
der Selenschicht auf die Trägerelektrode, d. h. bei einer Aufdampfdauer von Bruchteilen
einer Minute, einwandfreie, dichte und festhaftende, fehlerlos kristallisierte Schichten:
Voraussetzung für die Güte der so hergestellten Photoelemente ist, daß der Übersöhuß
an Einlaggerungsmetall richtig bemessen, d. h: weder zu gering, noch zu groß ist.
Die Dicke der Einlagerungs- und überschußsohicht richtet sich nach den speziellen
Verhältnissen, wie Elektrodenmaterial, Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächenbehandlung
derselben; Temperaturbedingungen für die Selenäufdampfung und sonstige Einzelheiten
der Herstellung. Es wurde z. B. bei einer Versuchsgruppe als günstig eine Gesamtdicke
der Einlagerungs- und Überschußschicht von io-5 cm ermittelt, wobei Aluminium als
Elektroden- und Wismut als Einlagerungsmetall .diente. Die brauchbaren Werte der
Einlagerungs- und Überschußschichtdicke .des Wismuts lagen dabei zwischen no-3 und
@io-7 cm, während die besten Werte bei io-5 cm, wie erwähnt, ermittelt wurden, Die
Erfindung ist nicht auf Photoelemente mit Aluminiumträgerelektrode und Selen als
Halbleiter beschränkt, sondern findet sinngemäße Anwendung bei anderen Leichtmetallen
und deren Legierungen, wie auch bei anderen Halbleiterstoffen.