DE933286C

DE933286C - Verfahren zur Herstellung von schichtenmaessig aufgebauten, stromliefernden lichtelektrischen Zellen

Info

Publication number: DE933286C
Application number: DEE2791D
Authority: DE
Inventors: Erwin E Falkenthal; Hans Ouart
Original assignee: ELECTROCELL FALKENTH GmbH
Current assignee: ELECTROCELL FALKENTH GmbH
Priority date: 1942-05-20
Filing date: 1942-05-21
Publication date: 1955-09-22

Description

Verfahren zur Herstellung von schichtenmäßig aufgebauten, stromliefernden lichtelektrischen Zellen Es sind schichtenmäßig aufgebaute, stromliefernde lichtelektrische Zellen bekannt, bei welchen sich eine Schicht aus lichtelektrisch wirksamer Substanz, z. B. Selen, auf einer Trägerplatte befindet und an ihrer Oberfläche mit einer strahlendurchlässigen, elektrisch leitfähigen Schicht versehen ist. Bei diesen Zellen durchdringen die Strahlen die dünne Deckschicht und treffen auf die lichtelektrisch wirksame Schicht, aus der sie Elektronen auslösen, die in der Deckschicht angesammelt werden und von dieser abgeleitet werden können. Der zweite Leitungsanschluß an der Zelle befindet sich an der Trägerplatte. Bei diesen Zellen ist es bekannt, die strahlendurchlässige Deckschicht z. B. aus Edelmetallen zu bilden. Auch sind für diesen Zweck schon unedle Metalle, z. B. Blei, Kadmium, Aluminium, vorgeschlagen worden. Metalle, die von kristallinem Selen verhältnismäßig stark angegriffen werden, sind für vorliegenden Zweck unbrauchbar, da bei ihrer Verwendung die äußerst dünne strahlendurchlässige Schicht in kurzer Zeit zerstört wird, so daß die Zellen nur eine kurze Lebensdauer haben.
Für das Aufbringen der strahlendurchlässigen Deckschicht auf die lichtelektrisch wirksame Schicht hat sich besonders ein Verfahren bewährt, bei welchem das Material, aus welchem die Deckschicht gebildet werden soll, in fein verteiltem Zustand aufgebracht wird. Dies geschieht z. B. durch Aufdampfen, kathodisches Aufstäuben, Aufreiben, Aufschleudern, Aufspritzen u. dgl. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise bekanntgeworden, die leitende Deckelektrode aus reinem Kadmium durch Aufdampfen oder Aufstäuben zu bilden. Diese Maßnahme wurde gemäß einer weiteren Veröffentlichung dahin abgewandelt, daß auf die Selenschicht einer Sperrschicht-Fotozelle zunächst eine Kadmiumoxydschicht aufgedampft wurde, die darauf an ihrer Oberfläche in aaszierendem Wasserstoff zu metallischem Kadmium reduziert wurde.
Diese angeführten bekannten Maßnahmen zur Aufbringung der Deckschicht zeigen sämtlich, daß man immer bestrebt war, eine möglichst reine metallische Deckschicht zu erhalten, da eine solche eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit hat.
Die vorliegende Erfindung beschreitet einen grundsätzlich anderen Weg zur Bildung von Deckschichten für geschichtete Fotoelemente, die aus Trägerplatte, Halbleiterschicht aus Selen @ und strahlendurchlässiger; leitfähiger Deckschicht bestehen. Erfindungsgemäß erfolgt die Bildung der Deckschicht durch Zerstäuben oder Verdampfen von Kadmium in einer Sauerstoffatmosphäre, derart, daß das sich bildende Kadmiumoxyd kein metallisches Kadmium enthält.
Kadmiumoxyd weist zwar eine geringere Leitfähigkeit auf als ein reines Metall. Jedoch ist dies im Vergleich zu dem übrigen Widerstand der Zelle, insbesondere deren Selenschichtwiderstand, ohne wesentlichen Einfluß auf die Empfindlichkeit bzw. Leistung der Zelle. Dagegen hat Kadmiumoxyd den bisher nicht erkannten, sehr wesentlichen Vorteil einer weit besseren Lichtdurchlässigkeit.
Bei der neuen Erfindung wird somit nur eine einfache Deckschicht in einem einzigen Verfahrensgang aufgebracht und trotzdem hinsichtlich der elektrischen Leistung der Zelle auch gegenüber den Zellen mit mehrschichtiger Deckschicht ein erheblicher technischer Fortschritt erzielt. Insbesondere wird eine erhöhte elektrische Spannung erzielt. Der Vorteil, der in einer Vereinfachung des Herstellungsverfahrens besteht, ist ebenfalls erheblich.
Die erfindungsgemäß hergestellten Zellen zeigen ferner eine sehr große Lebensdauer, da die Deckschicht von dem darunter befindlichen kristallinen Selen nicht chemisch angegriffen wird.
Die so hergestellten Zellen liefern unter sonst gleichen Verhältnissen einen etwa 30°/o größeren Strom als die besten vorbekannten Zellen mit mehrschichtiger Deckelektrode.
Weiter hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, die Temperatur der Zelle während der Herstellung der Deckschicht auf So bis I3o° C zu halten. Hierdurch erhält man eine besonders fest haftende, gut lichtdurchlässige und gut leitfähige Deckschicht, die alle Anforderungen erfüllt, die hier gestellt werden können.
Bei dem Herstellungsverfahren nach der Erfindung erhält man einen höheren technischen Erfolg bei einer verhältnismäßig langsamen Aufbringung der Deckschicht (z. B. 5 bis Io Minuten). Die langsame Herstellung der Deckschicht liefert offenbar eine aus besonders kleinen Teilen bestehende stark lichtdurchlässige Schicht. Bei der langsamen Herstellung solcher Schichten unter Verwendung von Kadmium entstehen mit oder ohne zusätzliche Erwärmung, die besonders bei Anwendung des Verdampfungsverfahrens angewendet wird, auffallend stark gefärbte Deckschichten. Diese sind Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett. Die für die Leistung der Zelle günstigste Farbe scheint bei Kadmiumoxyd blau zu sein.
Bei der kathodischen Zerstäubung von Kadmium ergeben sich unter Umständen von der blauen Farbe abweichende Farbtöne, die jedoch immer noch einen erheblichen technischen Fortschritt gegenüber den zum Stande der Technik gehörenden Zellen liefern. Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht nun darin, daß die erfindungsgemäß hergestellten Zellen, die von der blauen Farbe abweichende Farbtöne aufweisen, durch eine Nachbehandlung mit Wärme verbessert werden.
Diese Verbesserung wird zweckmäßig unter Beobachtung der Farbveränderungen in einem geschlossenen Raum (Glasglocke) bei geeignetem Gasdruck vorgenommen. Man kann jedoch auch die Farbveränderung der Zellen durch Auflegen der zu verbessernden Zellen auf eine etwa auf 12o° C elektrisch erhitzte Platte unter Atmosphärendruck durchführen. Die Farbveränderung vollzieht sich bei Anwendung von atmosphärischer Luft innerhalb von wenigen Minuten, und die Erwärmung ist abzubrechen, wenn die Zellen eine blaue Farbe angenommen haben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von schichtenmäßig aufgebauten, stromliefernden lichtelektrischen Zellen, bei dem auf einer metallischen Trägerplatte eine Halbleiterschicht aus Selen aufgebracht und auf deren Oberfläche durch Zerstäubung oder Verdampfung von Kadmium eine strahlendurchlässige, elektrisch leitfähige Deckschicht gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung oder Verdampfung des Kadmiums in einer Sauerstoffatmosphäre erfölgt, derart, daß das sich bildende Kadmiümoxyd kein metallisches Kadmium enthält.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau der Deckschicht langsam (in 5 bis io Minuten) erfolgt, derart, daß hierdurch die Entstehung eines feinkörnigen, besonders lichtdurchlässigen Kadmiumoxydes begünstigt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der lichtdurchlässigen Deckschicht während starker Erhitzung der zu bedampfenden oder zu bestäubenden Halbleiterschicht z. B. in einem auf 8o bis I3o° C erhitzten Bedampfungsraum erfolgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erhitzung der zu bestäubenden oder zu bedampfenden Halbleiterschicht das Verfahren so lange fortgesetzt wird, bis eine fest haftende, feinkörnige Deckschicht von in der Aufsicht bläulichem Farbton gebildet ist.
5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachbehandlung der mit der lichtdurchlässigen Deckschicht gemäß Anspruch I bis 4 versehenen Zelle durch nachträgliche Erwärmung der Fotozelle bis zur Beobachtung eines. Umschlags der Farbe der Deckschicht nach Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Violett, vorzugsweise Blau oder Violett, erfolgt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 688 167; britische Patentschrift Nr. 439 774; USA.-Patentschrift Nr. 2 095 782; schweizerische Patentschrift Nr. 213 808; Zeitschrift für physikalische Chemie (B), Bd. 4I, 1938, S. 23 bis 32; Zeitschrift für Physik, Bd. Io6, 1937, S. 373 bis 378; Zeitschrift für technische Physik, Bd. I6, 1935, S. 268 bis 271Fleischer und Teichmann, »Die lichtelektrische Zelle und ihre Herstellung«, S. 149, erschienen 1932 im Verlag Steinkopf, Dresden; G m e 1 i n -Kraut, Handbuch der anorganischen Chemie, 7. Aufl., B d. IV, Abt. I von 191i, S. i 16 und 117; Annalen der Physik (4) 22 von 1907, S.749, 764' 765.