DE941631C

DE941631C - Selen-Sperrschicht-Photozelle

Info

Publication number: DE941631C
Application number: DEA4880D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1935-03-12
Filing date: 1935-03-13
Publication date: 1956-04-12

Description

Selen-Sperrschicht-Photozelle Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sperrschicht-Photozellen, mit Selen als Halbleiter, vorzugsweise auf Hinterwandzellen. Gegenüber den bekannten Ausführungen dieses Typs zeichnet sich die vorliegende Zelle dadurch aus, daß sie eine sehr hohe Stromausbeute ergibt und den Schwankungen des ausfallenden Lichtes außerordentlich genau folgt. Weitere Gegenstände der Erfindung sind eine besonders zweckmäßige Anordnung für die Zuleitung zu der Gegenelektrode der Zelle sowie ein Herstellungsverfahren für die Zelle, durch das eine sehr einfache, zuverlässige und gleichmäßige Herstellung in der Massenfabrikation bei geringem Ausschuß ermöglicht wird. Infolge ihrer hohen Stromausbeute kann die Zelle mit Vorteil für direkt abzulesende Photometer verwendet werden, ferner auch, wegen ihrer guten Wiedergabe auch schneller Lichtschwankungen, für die Übertragung von Bildern und Photographien sowie für Fernsehzwecke. Einzelheiten der Erfindung mögen an Hand der Zeichnung genau erläutert werden. In ihr gibt Abb. i eine Zelle von Kreisform, in ein Gehäuse eingebaut, im senkrechten Hauptschnitt wieder, während in der Abb. 2 die Einzelteile der Anordnung in perspektivischer Darstellung gezeigt sind; Abb. 3 endlich gibt im vergrößerten Maßstabe Einzelheitren der Kontaktvorrichtung für die Gegenelektrode wieder.
Es bedeutet i ein zylindrisches Gehäuse, vorzugsweise aus Isolierpreßmasse, für die Aufnahme der einzelnen Teile der Photozelle. Der durchbrochene Boden des dosenartigen Gehäuses hat einen Rand 2, gegen den sich die Innenteile als Anschlag legen. Abgeschlossen wird es nach oben durch eine Deckplatte 5, ebenfalls zweckmäßig aus Isolierpreßmasse, die mittels der Bohrurigen 3 mit dem Gehäuse I verschraubt wird. An dem Gehäuse sind steckerstiftartig zwei Kontakte 6 angeordnet, in deren Axialbohrungen Zuführungsdrähte zu den Photozellenelektroden eingefädelt und eingelötet. sind.
Das lichtelektrische Element besteht aus einer Kreisscheibe 8 (wobei die Kreisform natürlich unwesentlich ist) aus dem Grundmetall, wie etwa Eisen oder Nickel, und von einem solchen Durchmesser, daß sie genau in das Innere des Gehäuses I hineinpaßt. Auf einer Seite der Scheibe, in der Darstellung der Abb. I auf ihrer unteren, ist eine dünne Selenschicht 9 in an sich bekannter Weise aufgebracht. Beispielsweise kann dies durch Aufdampfen oder Aufschmelzen geschehen sein. Vor Aufbringung des Selens wird die Platte zweckmäßig glattgeschliffen und gereinigt und darauf Sand gestrahlt, damit das Selen die Oberfläche gut benetzt. Die Platte wird dann zweckmäßig in ein Vakuumgefäß eingebracht, das Selen im Hochvakuum verdampft und auf der sandgestrahlten Oberfläche niedergeschlagen. Die überzogene Scheibe wird dann bis etwa über den Schmelzpunkt des Selens erwärmt, so daß das aufgedampfte Lager schmilzt, hierauf schnell abgekühlt und in einem Ofen hinreichend lange auf einer Temperatur von etwa 18o° gehalten. Die Dauer dieser Beheizung muß durch Versuch bestimmt werden und hängt von Qualität und Art des aufgewendeten Selens ab. Im allgemeinen liegt sie zwischen 24 und 72 Stunden. Durch die Wärmebehandlung wird das Selen, wie bekannt, in die metallisch-lichtempfindliche Modifikation übergeführt.
Als Gegenelektrode I6 wird zwecks guter Kontaktgebung ein nicht oxydierendes Metall, beispielsweise Platin, auf die freie Selenoberfläche aufgebracht. Diese Aufbringung kann in irgendeiner geeigneten, an sich bekannten Weise stattfinden, vorzugsweise jedoch durch Aufstäuben des Metalls im Vakuum. Vor dem Aufbringen der Gegenelektrode 16 wird jedoch erfindungsgemäß zunächst als Zwischenschicht eine dünne Lage eines Metalls aus der zweiten Gruppe des periodischen Systems, vorzugsweise Kadmium, aufgetragen. Zu diesem Zweck wird die selenüberzogene Eisenscheibe in ein Entladungsgefäß mit Argonfüllung gebracht und hier, etwa durch Kathodenzerstäubung, eine äußerst dünne Kadmiumauflage erzeugt. Der Druck des Argons in der Kammer wird dabei zweckmäßig auf etwa 2oo Mikron gehalten und der Zerstäubungsstrom auf etwa 5o Milliampere. Während des Aufstäubungsprozesses werden durch ei Gefäß mit flüssiger Luft alle kondensierbaren Dämpfe von der Entladung ferngehalten. Vorteilhaft wird der Zerstäubungsprozess in kurzen Entladungen vorgenommen, um eine Erwärmung der Selenoberfläche weitmöglichst zu vermeiden. Die günstigste Dicke der Kadmiumauflage ist außerordentlich klein, so dünn, daß mau sie gerade kaum auf der Oberfläche erkennen kann.
Die mit Selen und Kadmium behandelte Scheibe wird dann aus dem Zerstäubungsgefäß entfernt und kann an freier Luft zwecks Alterung unter dem Einfluß der Raumhelligkeit beiseite gelegt werden, und zwar so lange, bis der von dieser Helligkeit erzeugte Photostrom praktisch auf Null abgesunken ist. Dieser Stromrückgang kann an einem Mikroamperemeter verfolgt werden. Während der Strom absinkt, steigt die zwischen der Kadmiumlage und der Metallscheibe meßbare elektromotorische Kraft rapid an. Wenn der lichtelektrische Strom praktisch den Nullwert und die erzeugte elektromotorische Kraft ihren höchsten Betrag erreicht hat, ist der Alterungsprozeß beendet. Die so behandelte Scheibe wird dann in eine Zerstäübungskammer mit Argonatmosphäre eingebracht und eine dünne Schicht Platin auf die vorerwähnten Überzüge aufgebracht. Der Zweck der Platinauflagerung auf das Kadmium ist, eine gute Leitfähigkeit zu erzeugen und guten elektrischen Kontakt mit ihm zu machen. Die Arbeitsbedingungen im Falle von Aufstäubung des Platins :sind die gleichen wie bei der Auf stäubung des Kadmiums. Der Strom wird ebenfalls vorzugsweise in kurzen Entladungen zugeführt, um die Selenoberfläche nicht unzulässig zu erwärmen,. Die Platinschicht muß gleichfalls äußerst dünn, gerade kaum sichtbar, auf der Oberfläche zu erkennen sein, da das Licht, um das Selen zu erreichen; die Platin-Kadmium-Schicht passieren muß.
Wie bereits oben ausgeführt, bildet die Eisen-oder Nickelplatte 8 einender beiden Pole des lichtelektrischen Elements, die Platinschicht den anderen: Der Kontakt zwischen der Eisenscheibe 8 und einer .der Zuleitungen 7 kann ohne Schwierigkeiten hergestellt werden.. Besondere Sorgfalt muß jedoch für die Kontaktherstellung zwischen der anderen Zuleitung 7 und der Platinschicht angewendet werden, weil diese außerordentlich dünn ist.
Dies kann auf die verschiedensten, dem Fachmann geläufigen Arten geschehen. Im Nachfolgenden wird jedoch eine besonders einfache und zuverlässige Anordnung beschrieben, die mechanisch außerordentlich. widerstandsfähig ist. Zu diesem Zweck wird ein Pappring i I mit mehreren Schlitzen oder Einschnitten 1a an einer Stelle -seines Umfanges benutzt. Der Außendurchmesser des Ringes ist ungefähr gleich dem der Eisenscheibe 8, während bei einem ausgeführten Probeexemplar gemäß der Zeichnung die Ringbreite etwa 2@,5 mm und ihre Dicke -etwa 1,5 mm betrug. Der Ring ist auf der Innenkante sowie auf der im eingebauten Zustande auf der Platinschicht abgewandten Seite mit einer Zinnfolie 13 belegt. Dieser Belag bedeckt auch die der Platinschicht 16 zugekehrte Seite noch zum Teil, nämlich,so, .däß er nicht bis an,den Außenrand des Pappringes i i heranreicht. Die Verhältnisse sind aus der Abb. 2 und insbesondere aus der vergrößerten Teilzeichnung derselben gemäß Abb. s leicht zu erkennen. Der Zuführungsdraht 7 ist in dem Bereich der Einschnitte 12 an seinem einen Ende I4, etwa in der Umfangrichtung, auf dem Ring geführt und dann in mehreren fest anliegenden Windungen um den Ring herumgelegt, wobei die Einschnitte I2 zur Fixierung der Windungen dienen. Das Ganze wird mittels Reibung durch den Zinnfolienbelag gut festgehalten. Das freie Ende des Drahtes 7 wird bei dem Einbau des lichtelektrischen Elements in das Gehäuse I in den einen der Kontaktstifte 6 eingefädelt und dort verlötet.
Außer der der Außenplatte zugekehrten Seite ist der Pappring i i, wie im Vorhergehenden erläutert, nur etwa über die Hälfte seiner Breite mit Zinnfolie überdeckt. Dies ist zweckmäßig, um Ableitung oder Kurzschluß an dem Rand des lichtelektrischen Elements zu vermeiden. Wenn nämlich die Zinnfolie sich auch hier bis an den äußersten Rand des Ringes II erstrecken würde, könnte sie sich beim Zusammenbau hochbiegen und die dünne Platin-, Kadmium- und Selenschicht verletzen, so daß sie dadurch einen Kurzschluß des lichtelektrischen Elements, nämlich eine leitende Verbindung zwischen Platin und Eisen, herstellen würde.
Zum Zusammenbau wird in das gemäß Abb. 2 gelagerte Gehäuse I eine durchsichtige Glasplatte IS gelegt, die so groß ist, daß sie die Bodenöffnung gegen das Innere des Gehäuses hinreichend gut abdichtet. Dann wird der Ring II mit der nur teilweise zinnüberzogenen Seite nach oben eingelegt und hierauf das lichtelektrische Element mit der Platinseite nach unten. Gleichzeitig werden die freien Enden der Drähte 7 durch die Kontaktstifte 6 hindurchgefädelt und mit ihren verlötet. Endlich wird der Schutzdeckel 5 auf das Gehäuse I aufgeschraubt. Unter Umständen kann man auch die Glasplatte I5 weglassen und statt dessen die Platinoberfläche auf der Scheibe 8 mit einem durchsichtigen Lack überziehen. Die Belichtung der Zelle geschieht von der Platinseite her, d. h. von der durchbrochenen Bodenseite des Gehäuses I.
Ohne eine Theorie des photoelektrischen Effektes festzulegen, soll nur so vielgesagt werden, daß das auffallende Licht nach Durchdringen der dem Selen aufgelagerten Schichten in ihm elektronenfrei macht, die dann den aufgelagerten Metallschichten durch das Selen zugeleitet werden. Die Elektronen fließen von der Deck- (Platin-) Schicht 16 durch den Zinnüberzug des Ringes I3, den Draht I4, 7 und zu dem einen Kontaktstift 6. Sie ergeben einen Strom, der den Verbraucher durchfließt, z. B. ein Meßinstrument, etwa ein in Motorkerzen geeichtes Mikroamperemeter, um dann über den anderen Stift 6 zu der Eisenplatte zurückzukehren. Eine gemäß Vorstehendem hergestellte Photozelle war imstande, Ioo bis 3oo Mikroampere je Lumen zu erzeugen. Bei derartigen großen Stromstärken kann die Ablesung ohne Schwierigkeit direkt am ,Meßinstrument vorgenommen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Sperrschicht-Photozelle mit Selen als Halbleiter, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gegenelektrode (I6) und dem Selen (9) eine Schicht (Io) eines Metalls aus der zweiten Gruppe des periodischen Systems angeordnet ist.
2. Hinterwand-Sperrschichtzelle nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Eisenelektrode (8) eine Selenschicht (9) und zwischen dieser und der Gegenelektrode (I6) aus nicht oxydierbarem Metall, vorzugsweise aus Platin, in gerade kaum sichtbarer Stärke eine Kadmiumschicht (Io) von ebenfalls kaum sichtbarer Stärke angeordnet ist.
3. Sperrschicht-Photozelle nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als. Zuleitung zu der Gegenelektrode (I6) ein auf deren Rand aufgelegter Pappring (II) mit Schlitzen (I2) am Außenrand dient, um den der Zuleitungsdraht (7) unter Benutzung der Schlitze (I2) in mehreren fest anliegenden Windungen geführt ist, wobei der Ring (II) mit Zinnfolie (i3) derart umgeben ist, daß die eine Ringoberfläche und seine Innenkante gänzlich, die mit der Gegenelektrode (I6) in Berührung kommende Ringfläche jedoch nicht ganz bis zum äußeren Ringumfang von ihr bedeckt ist.
4. Verfahren zur Herstellung von Sperrschicht-Photozellen nach Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die gereinigte und sandgestrahlte Elektrode (8) die Selenschicht (9) aufgebracht und formiert, darauf die Kadmiumschicht in Argonatmosphäre aufgestäubt und hierauf die Platte am Licht altern gelassen wird, bis kein merklicher Photostrom mehr auftritt, worauf auf die Kadmiumschicht (io), wiederum in Argonatmosphäre,.die Gegenelektrode (16) aufgestäubt wird. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 511 585; @schweiz.eriische Patentschrift Nz.157167; USA-Patentschriften Nr. 1751359, 175136I.