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Verfahren zur Herstellung lichtelektrischer Zellen Die Kathode moderner,
auf dem äußeren Photoeffekt beruhender lichtelektrischer Zellen besteht bekanntlich
aus einer auf eine Unterlage aufgebrachten dünnen Schicht von lichtelektrisch empfindlichem
Metall, wobei die Unterlage aus einer chemischen Verbindung oder aus einem Metall
oder aus einer Kombination beider bestehen kann und das lichtelektrisch empfindliche
Metall vorzugsweise ein Alkali- oder Erdalkalimetall ist. Die dünne Alkali- oder
Erdalkalimetallschicht wird durch Destillation eingebracht.
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Bisher verfuhr man so, daß das lichtelektrisch empfindliche Metall
z. B. von einem Ansatz der Zelle aus durch Heizen dieses Ansatzes in die Zelle ein-
und auf die Unterlagsschicht aufgebracht wurde. Hierbei schlägt sich nun, auch bei
vorsichtigster und langsamster Destillation, das lichtelektrische Material immer
in ziemlich ungleichmäßiger Form auf der Unterlage nieder. Erst nach einem Heizprozeß
erhält man eine einigermaßen gleichmäßige Verteilung des Alkali- oder Erdalkalimetalls
auf der Unterlage.
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Die Schwierigkeiten der Handhabung dieses Verfahrens nehmen mit zunehmender
Größe der lichtempfindlichen Schicht sehr stark zu. Die mittlere erzielbare Empfindlichkeit
der Zellen nimmt bei Herstellung nach diesem Verfahren immer mehr ab. Ferner ist
es auch nur unter
außerordentlichen Schwierigkeiten möglich, einigermaßen
gleichmäßig empfindliche, großflächige Photokathoden herzustellen. Die Güte und
Empfindlichkeit der fertigen Zelle ist in starkem Mäße von der Sorgfalt und der
Geschicklichkeit, mit der die Destillation des lichtelektrisch empfindlichen Metalls
vorgenommen wird, abhängig.
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Ein weiterer Nachteil der bisherigen Verfahren besteht darin, daß
die Destillationstemperatur verhältnismäßig hoch gewählt werden muß, so daß im einzudestillierenden
Material enthaltene Verunreinigungen sehr leicht mit in die Zelle hineingerissen
werden können.
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Alle diese Nachteile vermeidet das Verfahren gemäß der Erfindung.
Hiernach wird die Eindestillation des lichtelektrischempfindlichenMetalls bei verhältnismäßig
niedriger Temperatur vorgenommen. Diese Temperatur muß gemäß den folgenden Ausführungen
gewählt werden. Als Beispiel soll eine Photokathode, bestehend aus Silberunterlage,
Silberoxyd-bzw. Cäsiumoxyd-Zwischenschicht und Cäsium als photoelektrisch empfindliches
Metall, betrachtet werden.
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Die fertige Kathode besitzt nach dem heutigen Stand der Wissenschaft
wahrscheinlich das Akali= metall, in diesem Fall das Cäsium, als auf der Oxydunterlage
adsorbierte Schicht bestimmter Dicke. Man kann diese Kombination Alkalimetall-Unterlage
gewissermaßen als eine Art chemische Verbindung, die als Adsörptionsverbindung bezeichnet
sei, betrachten. Bringt man nun eine chemische Verbindung; die z. B. aus zwei Komponenten
besteht, in einen abgeschlossenen Raum, so wird sich nach bekannten physikalisch-chemischen
Gesetzen über dieser Verbindung ein gewisser Gleichgewichtsdampfdruck der Verbindung
an sich, und bedingt durch den Dissoziationsgrad, der Verbindungspartner einstellen.
Ganz ähnlich verhält es sich bei der hier zu betrachtenden Adsorptionsverbindung,
nur daß hier der Dampfdruck des einen Verbindungspartners, der Unterlage, vernachlässigbar
klein ist und daß demzufolge in der Dampfphase nur das lichtelektrisch empfindliche
:Metall, hier das Cäsium, vorhanden ist.
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Das neue Verfahren besteht nun darin, daß man die ganze Zelle, also
nicht nur den z. B. das Cäsium enthaltenden Ansatz erwärmt und die Temperatur so
wählt, daß der Dampfdruck über dem z. B. in einem Ansatzrohr enthaltenen metallischen
Cäsium gerade so groß ist, wie der Gleichgewichtsdampfdruck .des Cäsiums über der
die Photokathode darstellenden Adsorptionsverbindung im Endzustand sein soll. Der
Vorgang ist dann etwa folgender.-Zu nächst befindet sich eine Cäsumdampfwolke von
bestimmtem Druck z. B. über einer Silberoxydflache. Der Gleichgewichtsdampfdruck
des Cäsiums über einer reinen Silberoxydfläche ist aber, da diese ja an sich kein
Cäsium enthält, gleich Null. Es werden also Cäsiumatome aus der Dampfphase in das
Silberoxyd einwandern. Infolge der Tatsache, daß Cäsiurnoxyd stabiler ist als Silberoxyd,
wird das Cäsium beim Einwandern in das Silberoxyd zu Cäsiumoxyd oxydiert, das Silberoxyd
zu Silber reduziert. Wenn schließlich alles Silberoxyd reduziert ist, erfolgt die
Bildung der eigentlichen photoelektrisch aktiven Adsorptionsverbindung. Hierbei
wird so lange Cäsiummetall an die Unterlagsschicht angelagert, bis aus der entstandenen
Schicht ebensoviel Cäsiumatome heraus verdampfen, wie aus der Dampfphase hineinwandern.
Wenn dieser Zustand, der sich an einer gewissen Verteilung der Verfärbung der Kathodenoberfläche
kenntlich macht, erreicht ist, ist die Eindestillation der lichtelektrisch empfindlichen
Substanz beendet. Man kann nun den Dampfdruck über dem einzudestillierenden Metall
so wählen, daß, nach dem Eindestillieren die Photokathode gerade den optimalen Empfindlichkeitswert
erreicht hat. Man kann aber auch den Dampfdruck z. B. höher wählen, so daß sich
zunächst ein gewisser Alkalimetallüberschuß in der Zelle befindet, den man durch
einen anschließenden Heizprozeß wieder vertreiben kann. Die fertigdestillierte Zelle
kann man dann noch einer Nachbehandlung unterziehen. So kann man noch in an sich
bekannter Weise Atome gutleitender Metalle in die Photokathode einlagern.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man besonders gleichmäßige,
hochempfindliche Photokathoden praktisch beliebiger Größe. Die Kathoden sind deshalb
besonders empfindlich und konstant, weil bei der langsamen Eindestillation des lichtelektrisch
empfindlichen Metalls die Unterlags- oder Zwischenschicht besonders gut mit Alkalimetallatomen
durchsetzt ist.