DE976050C - Photoelement mit mehreren Halbleiterschichten - Google Patents
Photoelement mit mehreren HalbleiterschichtenInfo
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Description
AUSGEGEBEN AM 31. JANUAR 1963
F 8991 VIIIc/21g
Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung von Vorderwand-Photoelementen
wird bekanntlich im wesentlichen von der Eigenabsorption des Halbleiters bestimmt. Mit dem starken Anstieg der Absorption
des Halbleiters an der Absorptionskante steigt auch die spektrale Empfindlichkeit des Photoelements, das
diesen Halbleiter als Grundschicht hat, rasch an. Sie durchläuft ein Maximum in der Nähe der Absorptionskante und fällt sowohl nach der Seite der kürzeren als
auch insbesondere nach der Seite der größeren Wellenlängen stark ab. Diese auf einen nur kleinen Wellenlängenbereich
beschränkte Wirksamkeit einer Photozelle ist für eine Reihe technischer Anwendungsgebiete
sehr nachteilig. Es wäre daher für viele Zwecke nützlich, wenn es gelänge, den Bereich einer einigermaßen
ausreichenden spektralen Empfindlichkeit auf einen größeren Wellenlängenbereich zu verbreitern, ohne
dabei die Empfindlichkeit im Bereich der selektiven Absorption wesentlich zu verringern.
Es sind schon Verfahren bekanntgeworden, um bei Photoelementen eine Erweiterung des Bereichs
mit genügend hoher Empfindlichkeit zu erzielen. Man hat die relative Empfindlichkeit von Selen-Photoelementen
im Ultraroten durch Zusätze von Tellur geringfügig steigern können. Da mit steigendem
Tellurzusatz jedoch die mittlere absolute Empfindlichkeit über den gesamten wirksamen Spektralbereich
rasch abnimmt, muß man die Zusätze klein halten. Daher ist auch'die Absorptionszunahme im Ultraroten
verhältnismäßig klein, so daß man auf diese Weise keine wesentlichen Verbesserungen erzielen konnte.
Eine geringe Steigerung der spektralen Empfindlichkeit im ultraroten Gebiet ergab sich ebenfalls bei einer
Bedampfung von Selenschichten mit Cadmium. Wegen
209 764/3
der großen Reaktionsfähigkeit des Selens gegenüber Cadmium wird an der Grenzfläche das Cadmium in
Cadmiumselenid umgewandelt.
Über der Selenschicht befindet sich demnach eine zweite Halbleiterschicht, bestehend aus Cadmiumselenid,
und darüber die eigentliche Deckschicht .aas Cadmiummetall, die nur den Zweck hat, die lichtelektrisch
frei gemachten Elektronen abzuführen. In der lichtelektrisch wirksamen Zone dieses Photoelements
befinden sich die beiden Halbleiterschichten Selen und Cadmiumselenid, wobei die spektrale
Empfindlichkeit der Zelle durch die Lage der Absorptionskante dieser Halbleiter bestimmt wird.
Entsprechend der Absorption von Cadmiumselenid erscheint daher ein kleines Nebenmaximum vor dem
Anstieg der Kurve der spektralen Empfindlichkeit auf der Seite größerer Wellenlängen bei einem Photoelement
ohne Cadmiumselenid.
Als Deckschicht kann man außer Cadmium auch andere Metalle, z. B. Gold, Platin oder auch Halbleiter,
die durch Störstellen eine genügende Leitfähigkeit haben, verwenden. Hierbei muß der Leitungsmechanismus bei Cadmiumselenid und dem entsprechenden
Halbleiter der gleiche sein, d. h., die Halbleiterschicht muß in diesem Fall ein Überschußleiter
sein. Derartige Zellen sind heute bekannt. Mit diesen Zellen ist aber nur eine geringe Erweiterung
des Spektralbereichs zu erreichen, da die Absorption des Selen bei etwa 700 ταμ einsetzt, während die von
Cadmiumselenid bei etwa 800 πΐμ beginnt.
Der Gegenstand der Erfindung besteht nun darin, daß die lichtelektrisch wirksame Schicht aus mindestens
drei chemisch verschiedenen Halbleitern besteht, von denen der die Grundschicht bildende
Halbleiter (H1 in Fig. 1) den Schwerpunkt der
spektralen Empfindlichkeit des Photoelements bestimmt und eine zweite auf diesem aufgebrachte
dünne Halbleiterschicht H2 mit ihrer Absorptionskante möglichst weit von der Absorptionskante der
Grundschicht in der Richtung nach größeren Wellenlängen entfernt liegt und die dritte Halbleiterschicht H3
einen anderen Leitungsmechanismus als die Grundschicht aufweist. Dieser dritte Halbleiter wird zweckmäßigerweise
so gewählt, daß seine Eigenabsorptionskante in ihrer spektralen Lage möglichst stark von
der des Grundschichthalbleiters abweicht. Der Halbleiter der Grundschicht (A1 in Fig. 1) soll durch seine
Eigenabsorption den Schwerpunkt der spektralen Verteilung des Photoelements bestimmen. Durch
seinen Leitungsmechanismus (Elektronen- bzw. Defektelektronenleitung)
bestimmt er außerdem die Richtung des Photostromes (Gleichrichtungssinn). Der Halbleiter
H3 muß einen anderen Leitungsmechanismus haben als die Grundschicht H1. Er baut dadurch die
Sperrschicht (p-n-Schicht) auf. Bringt man nun zwischen diese beiden Halbleiterschichten eine weitere
sehr dünne Halbleiterschicht H2, so bleibt in manchen
Fällen der Charakter der p-n-Schicht erhalten. Da der Halbleiter H2 nun in einem Gebiet liegt, in dem ein
Potentialgefälle vorhanden ist, kann er zum lichtelektrischen Effekt beitragen. Liegt seine Eigenabsorption
in einem anderen spektralen Gebiet als die von H1, so tritt in diesem Gebiet jetzt ein lichtelektrischer
Effekt auf. Vorzugsweise wird man den Halbleiter dieser Schicht H2 so auswählen, daß seine
Eigenabsorption möglichst weit vor der Eigenabsorption des Grundschichthalbleiters H1, d. h. möglichst
weit im Ultraroten, liegt. Der Halbleiter H3 muß geeignet sein, eine p-n-Schicht mit hoher Quantenausbeute
und guter Sperrwirkung (Diffusionsspannung) zu liefern. Da in einem kleinen Teil von H3 ebenfalls
eine Spannung vorhanden ist, wird dieser Halbleiter in geringem Maße auch zum Photoeffekt beitragen
können. Eine Zelle mit weitem spektralem Empfindlichkeitsbereich erhält man dann, wenn man die
Halbleiter so auswählt, daß die Absorptionskante von H2 als auch von H3 bei größeren Wellenlängen liegt
als diejenige von H1. Um die im Gebiet hoher Eigenabsorption
von J?2 auftretende Abnahme der Empfindlichkeit
auszugleichen, ist es zweckmäßig, die Halbleiter so auszuwählen, daß die Absorptionskante von
H3 zwischen denjenigen von H1 und H2 liegt.
Auf diese Weise kann man den Empfindlichkeitsbereich von Selen-Photoelementen beträchtlich erweitern,
wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Kurve 1 zeigt die Empfindlichkeit eines normalen Selen-Photoelements
mit Metall-Deckelektrode. Die Empfindlichkeit dieser Zelle hört bei etwa 700 ΐημ. auf.
Die Empfindlichkeitsverteilung einer normalen Zelle mit Cadmiumselenid zeigt die Kurve 2.
Eine wesentlich andere spektrale Empfindlichkeitsverteilung zeigt jedoch die Kurve 3, die die Eigenschaften
einer nach der Erfindung hergestellten Photozelle wiedergibt. Vor die Selenempfindlichkeit
lagert sich eine starke Ultrarotempfindlichkeit, die sich bis etwas über 1200 ηιμ erstreckt. Diese Zelle ist
wie folgt aufgebaut: Die Grundschicht H1 besteht aus
Selen, das auf einer Trägerelektrode G aufgebracht ist, die dünne Halbleiterschicht H2 aus Wismutselenid
(Bi2Se3) und die Halbleiterschicht H3 aus Cadmium- ιοσ
selenid, die Deckschicht aus Cadmiumoxyd. Die Empfindlichkeitseinbuße im blauen Gebiet geht auf
die Eigenabsorption in der Cadmiumoxyddeckschicht zurück, die bei etwa 580 ηαμ einsetzt. Als Material
für die dünne Halbleiterschicht H2 sind neben Wismutselenid
z. B. auch Antimonselenid (Sb2Se3) und
Bleiselenid (PbSe) sowie Mischungen aus diesen drei Komponenten geeignet, ebenso Mischungen dieser
Stoffe mit Cadmiumselenid.
Eine weitere Ausführungsform ist die, daß auf das Selen eine Mischung von Cadmiumselenid und
einem der drei Stoffe Wismutselenid, Antimonselenid und Bleiselenid aufgebracht wird. Unter Mischung
soll hier nicht verstanden werden, daß man dem admiumselenid Fremdatome in der Größenordnung
von i°/0 beimischt. Der prozentuale Anteil dieser
Stoffe an dem Mischselenid soll wesentlich größer sein si<
>/0.
Als Halbleiterschicht H3 ist z. B. Cadmiumselenid
geeignet, da dieser Stoff in Kombination mit Selen ein Photoelement mit hoher Quantenausbeute und
guter Photospannung (Sperrwirkung) liefert. Die Deckschicht H1 kann aus einem Metall, z. B. Platin
oder Gold, bestehen. Da im Ultraroten das Reflexionsvermögen der Metalle groß ist, verwendet man als
Deckschicht mit Vorteil eine Halbleiterschicht, deren
Absorptionskante bei kürzeren Wellenlängen liegt als die Absorptionskante der Grundschicht H1. Es tritt
dann bei größeren Wellenlängen nur eine sehr geringe Schwächung durch Reflexion oder Absorption auf.
Bei der neuen Zelle (entsprechend der Kurve 3 in Fig. 2) bestand, wie schon gesagt, die Deckschicht aus
Cadmiumoxyd.
Claims (10)
1. Photoelement mit mehreren Halbleiterschichten zwischen einer Trägerelektrode und
einer strahlendurchlässigen leitendenDeckelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrisch
wirksame Schicht aus mindestens drei chemisch verschiedenen Halbleitern besteht, von denen der
die Grundschicht bildende Halbleiter (H1) den Schwerpunkt der spektralen Empfindlichkeit des
ao ' Photoelements bestimmt und eine zweite auf diesem aufgebrachte dünne Halbleiterschicht (H2)
mit ihrer Absorptionskante möglichst weit von der Absorptionskante der Grundschicht in der Richtung
nach größeren Wellenlängen entfernt liegt und
as die dritte Halbleiterschicht (H3) einen anderen
Leitungsmechanismus als die Grundschicht aufweist.
2. Photoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne zweite Halbleiterschicht
(H2) aus einer Mischung mindestens zweier Halbleiter besteht, von denen mindestens eine
Komponente mit ihrer Absorptionskante bei größeren Wellenlängen liegt als die Grundschicht
(H1).
3. Photoelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grenzgebiet der
zweiten und der dritten Halbleiterschicht (H2 und
H3) eine Mischung beider vorhanden ist.
4. Photoelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionskante sowohl der dünnen zweiten Halbleiterschicht
(H2) als auch die der dritten Halbleiterschicht (H3) bei größeren Wellenlängen als die
der Grundschicht (H1) liegt.
5. Photoelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionskante der dritten Halbleiterschicht (H3) zwischen
denen der beiden anderen Halbleiterschichten (H1
und H2) liegt.
6. Photoelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionskante der dritten Halbleiterschicht (H3) der der
Grundschicht (H1) möglichst nahe im Gebiet größerer Wellenlängen liegt, während die Absorptionskante
der dünnen zweiten Halbleiterschicht (H2) bei möglichst großen Wellenlängen
liegt.
7. Photoelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitergrundschicht
(H1) aus Selen, die dünne zweite Halbleiterschicht (H2) aus einer Mischung mindestens
zweier Komponenten von Wismutselenid (Bi2Se3), Antimonselenid (Sb2Se3) und Bleiselenid
(PbSe), die dritte Halbleiterschicht (H3) aus
Cadmiumselenid besteht.
8. Photoelement nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht (F1)
aus Selen, die dünne zweite Halbleiterschicht (H2)
aus einer Mischung zwischen Cadmiumselenid und mindestens einem Stoff der Gruppe Wismutselenid
(Bi2Se3), Antimonselenid (Sb2Se3) und Bleiselenid
(PbSe), die dritte Halbleiterschicht (H3) aus Cadmiumselenid besteht.
9. Photoelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich als leitende,
lichtdurchlässige Deckelektrode über den drei Halbleiterschichten eine dünne Metallschicht, z.B.
Gold, Platin, Silber, befindet.
10. Photoelement nach den Ansprüchen 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß sich als leitende, lichtdurchlässige Deckelektrode über den drei
Halbleiterschichten eine weitere Halbleiterschicht befindet, die mit ihrer Absorptionskante bei
kürzeren Wellenlängen liegt als die der Grundschicht und die durch Störstellen eine genügende
Leitfähigkeit besitzt, z. B. Cadmiumsulfid oder Cadmiumoxyd bei Selen als Grundschicht.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 414 233;
deutsche Patentschrift Nr. 820318;
Zeitschrift für Physik (1939), S. 490 ff.; (1936), S. 50 bis 79;
USA.-Patentschrift Nr. 2 414 233;
deutsche Patentschrift Nr. 820318;
Zeitschrift für Physik (1939), S. 490 ff.; (1936), S. 50 bis 79;
P. Görlich, Photozellen (1951), S. 125.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 509 5Φ7/458 6.56 (209 764/3 1.63)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEF8991A DE976050C (de) | 1952-05-07 | 1952-05-07 | Photoelement mit mehreren Halbleiterschichten |
Applications Claiming Priority (1)
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DEF8991A DE976050C (de) | 1952-05-07 | 1952-05-07 | Photoelement mit mehreren Halbleiterschichten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE976050C true DE976050C (de) | 1963-01-31 |
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ID=7085999
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DEF8991A Expired DE976050C (de) | 1952-05-07 | 1952-05-07 | Photoelement mit mehreren Halbleiterschichten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE976050C (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2414233A (en) * | 1942-08-03 | 1947-01-14 | Selenium Corp | Photoelectric cell |
DE820318C (de) * | 1948-10-02 | 1951-11-08 | Siemens & Halske A G | Selenkoerper, insbesondere fuer Trockengleichrichter, Fotoelemente und lichtempfindliche Widerstandszellen |
-
1952
- 1952-05-07 DE DEF8991A patent/DE976050C/de not_active Expired
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2414233A (en) * | 1942-08-03 | 1947-01-14 | Selenium Corp | Photoelectric cell |
DE820318C (de) * | 1948-10-02 | 1951-11-08 | Siemens & Halske A G | Selenkoerper, insbesondere fuer Trockengleichrichter, Fotoelemente und lichtempfindliche Widerstandszellen |
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