DEP0004221BA - Lichtelektrische Generatorzelle der Schichtenbauart - Google Patents

Description

Lichtelektrische Generatorzellen der Schichtenbauart bestehen grundsätzlich aus folgenden Teilen: Einem flächenhaften Träger aus einem Leiter, einer darauf aufgetragenen dünnen, Elektronen abgebenden Halbleiterschicht, z.B. aus Selen oder Tellur, und einer auf diese aufgebrachten strahlendurchlässigen Abnahmeelektrode, z.B. aus Platin oder Gold.

Bei derartigen Zellen wurde festgestellt, dass sie gegenüber kurzwelligen Strahlen, z.B. blauen, violetten oder ultravioletten, sowie auch noch kürzeren, z.B. Röntgen-, Kanal- oder Gammastrahlen, relativ unempfindlich sind. Eingehende Versucher ergaben, dass die als Stromabnehmer arbeitende Metallschicht diese kurzwelligen Strahlen merklich absorbiert, sodass der lichtelektrische Wirkungsgrad für diesen Wellenlängenbereich nur gering ist.

Der genannte Nachteil wird gemäss der Erfindung dadurch beseitigt, dass statt der bisher üblichen stromabnehmenden Metallschicht eine Schicht aus einer Verbindung eines Metalls mit Sauerstoff, Schwefel, Selen oder Tellur aufgetragen wird. Besonders eignen sich hierzu Metalloxyde, die in der später beschriebenen Weise in verdünnter Luft oder Gas erzeugt werden, in erster Linie z.B. eine Cadmium-Sauerstoff-Verbindung mit einer solchen Zusammensetzung und soviel Sauerstoffgehalt, dass sich gewisse Oberflächenfarben ergeben. Systematische Versuche zeigten, dass nur bestimmte Modifikationen der betreffenden Metallverbindung, insbesondere Cadmiumoxyd, eine besonders vorteilhafte Wirkung ergeben. So weist bei Cadmiumoxyd die violette, blaue oder rote, vor allem die blaugrüne Modifikation, besonders gute Leistungen auf, während die graue oder gelb erscheinende Modifikation weniger brauchbar sind. Offenbar weisen die genannten Modifikationen eine bessere Lichtdurchlässigkeit und damit eine höhere Elektronenauslösung auf, sodass stärkere Spontanströme entstehen.

Um die für die vorliegenden Zwecke der Stromabnahme günstigsten Metallverbindungen zu erhalten, sind verschiedene Herstellungsverfahren zweckmässig, die in der Hauptsache das Ziel haben, die z.B. zur Oxydbildung der stromabnehmenden Schicht erforderliche Sauerstoffmenge in bestimmter Weise zu dosieren. Versuche in dieser Richtung ergaben, dass ein zu geringer Sauerstoffanteil die Absorption der kurzwelligen Strahlen nicht genügend herabsetzt, während ein zu hoher Sauerstoffanteil wiederum die Leitfähigkeit der Deckschicht zu sehr vermindert. Versuche mit einem Cadmiumoxyd ergaben ein Optimum der Zellengüte, wenn folgende Verfahrensvorschriften eingehalten wurden: Nach Aufbringen der die Elektronen liefernden Schicht, vorzugsweise einer Selenschicht, wird die stromabnehmende Schicht, insbesondere ein Cadmiumoxyd, in der Weise aufgetragen, dass Cadmium z.B. im Wege der Kathodenzerstäubung oder Verdampfung in Gegenwart von Sauerstoff bei Unteratmosphärendruck langsam aufgestäubt oder aufgedampft wird. Das Vakuum beträgt dabei zweckmässig 1/100 bis 1/10 mm Quecksilbersäule. Es wird durch Regelung der Pumpengeschwindigkeit, z.B. durch ein Nadelventil durch Zulassen von atmosphärischer Luft unter Beachtung der Farbe der Zelle reguliert. Unter diesen Verhältnissen wächst die Oxydschicht in farbiger Schicht allmählich auf, wobei optimale Eigenschaften bei einer Behandlungsdauer von etwa 5 bis 15 Minuten bei kathodischer Zerstäubung mit einer Leistung von etwa 0,5 bis 1,5 Watt pro cm (exp)2 Kathodenfläche erreicht werden.

Die Niederschlagung kann in mehreren Abschnitten, also unter Uebereinanderlagerung mehrerer Schichten erfolgen, ohne dass das Wesen der Erfindung hierdurch verändert wird. Es können auf diese Weise durch Beladung der einzelnen Schichten durch Gase usw. gegebenenfalls Steigerungen der lichtelektrischen Ausbeute erzielt werden. Weitere Versuche ergeben, dass eine Verbesserung der Zellenempfindlichkeit durch ganz geringe Zusätze von Alkalimetallen, etwa in der Grössenordnung von 1/1000 bis 1/10 Prozent, erzielt werden kann.

Die erfindungsgemässe Photozelle liefert bei der Anwendung des angegebenen Herstellungsverfahrens neben der höheren Stromausbeute den Vorteil, dass ihre Spektralkurve der Augenkurve so nahe kommt, dass für die meisten Verwendungszwecke auf Anbringung besonderer Filter verzichtet werden kann. Hieraus ergibt sich eine grössere Stromausbeute für die Messung und Verwendung weniger empfindlicher Messinstrumente, ferner eine besonders vorteilhafte Verwendungsmöglichkeit für photographische Zwecke.

Es war an sich bekannt, Cadmiumoxyd in Photozellen zu verwenden, jedoch nicht als stromabnehmende Schicht, sondern als Elektronen emittierende Schicht, beispielsweise kombiniert mit Selendioxyd, wobei als stromabnehmende Elektrode wie üblich reines Metall, z.B. Platin, benutzt wird.

Für die neue Art von Schichtenzellen werden weiter erfindungsgemäss auch Schutzschichten zur Erhöhung der Lebensdauer angewendet, als solche eignet sich eine dünne Graphitschicht zwischen Halbleiter und Oxyd-(bzw. Sulfid-, Selenid- oder Tellurid-)schicht. Diese verhindert das Eintreten chemischer, die Elektronenausbeute herabsetzender Verbindungen zwischen der Halbleiterschicht und der Oxyd- bzw. Sulfidschicht bei höheren Betriebstemperaturen der Photozelle. Auch dünne Zwischenschichten aus anderen gegenüber Oxyden, Sulfiden und Telluriden indifferenten Stoffen sind anwendbar.

Man kann die Wirkung von Photozellen, die insbesondere gemäss der vorbeschriebenen Erfindung hergestellt sind, vorwiegend für die Aufnahme kurzwelliger Strahlen dadurch verbessern, dass man mehrere solcher Zellenelemente im Strahlenwege hintereinander (ähnlich wie bei einer Zambonischen Säule) anordnet, also einen Zellenblock bildet. Die Strahlenabsorption, die in diesem Falle beim Verwenden von Zellen mit reiner Metallschicht zur Stromabnahme sehr gross wäre und ein zufriedenstellendes Arbeiten verhindern würde, verbleibt beim Verwenden von gemäss der Erfindung hergestellten Zellen immer noch klein, sodass auf alle Fälle die durch die Mehrfachhintereinanderanordnung erzielte Verbesserung mehr ausmacht als die Absorptionserhöhung.

In diesem Zusammenhang muss auch der Träger für die Selenschicht besonders ausgewählt werden und gestaltet werden. Statt der bisher dafür benutzten Metalle, z.B. Eisen, wird gemäss der Erfindung mit Vorteil Graphit in dünner Schicht benutzt, das vorzugsweise ebenfalls aufgedampft oder aufgestäubt wird. Solche Träger absorbieren sehr kurzwellige Strahlen, z.B. Röntgenstrahlen, nur in sehr geringem Masse. Man kann auf diese Weise z.B. 6 Zellenelemente der beschrie- benen Art hintereinander angeordnet, bis praktisch eine völlige Absorption der aufgenommenen Strahlen erreicht ist. Zweckmässig liegen dabei die einzelnen Zellenelemente unmittelbar derart hintereinander, dass die Stromabnahmeschicht jedes Zellenelements an der Trägerschicht des Nachbarelements unmittelbar anliegt. Die Elemente liegen dann elektrisch in Reihe. Man kann sie räumlich auch mit Abständen anordnen, wobei sie elektrisch entweder in Reihe oder Parallel oder kombiniert geschaltet werden können. Die Reihenschaltung ist jedoch vorzuziehen.

In Verbindung mit dem vorerwähnten Gedanken einer Schutzschicht sind dann bei der Mehrfachzelle folgende Einzelanordnungen wahlweise möglich:

1) Träger, Selen, Abnahmeschicht - Träger, Selen, Abnahmeschicht usw.

2) Träger, Selen, Schutzschicht, Abnahmeschicht - Träger, Selen, Schutzschicht, Abnahmeschicht usw.

3) Träger, Selen, Abnahmeschicht - Selen, Abnahmeschicht usw.

4) Träger, Selen, Schutzschicht, Abnahmeschicht - Selen, Schutzschicht, Abnahmeschicht usw.

Im übrigen ist Graphit als Trägermaterial auch für die Einfachzelle empfehlenswert, er kann hierbei etwa 1 mm stark ausgebildet werden.

Die Zeichnung zeigt in Abbildung 1 - 3 einige dieser möglichen Ausführungsformen: die einfachste Ausführungsform ist in Abbildung 1 dargestellt: Auf dem leitenden Träger g aus Graphit liegt die dünne Selenschicht s und auf dieser wiederum eine strahlendurchlässige Schicht c aus Cadmiumsulfid.

Gemäss Abb. 2 liegt zwischen Selen- und Cadmiumschicht eine dünne Schutzschicht a aus Graphit.

In Abbildung 3 ist eine Doppelzelle mit einem Träger g dargestellt, auf der zweimal abwechselnd eine Selenschicht s und eine Cadmiumschicht c aufgetragen sind.

Durch eine geringe Vorspannung von ungefähr 0,1 bis 2 Volt lässt sich die Empfindlichkeit der neuen Photozelle im Bedarfsfalle etwa verdoppeln.

Eine weitere Verbesserung der lichtelektrischen Empfindlichkeit von Schichtenzellen, speziell für Röntgenstrahlen, ist schliesslich da- durch möglich, dass vor jeder Stromabnahmeschicht eine oder mehrere Folien eines Röntgenstoffes aufgetragen oder zwischengelagert sind, die die Röntgenstrahlen zum mindestens teilweise in sichtbare Strahlen, für die die Zelle noch besser empfindlich ist, verwandelt.

Claims (15)

1) Lichtelektrische Schichtenzelle, bestehend aus einem leitenden Träger, einer lichtempfindlichen Halbleiterschicht, z.B. aus Selen oder Tellur, und einer strahlendurchlässigen, leitenden Stromabnahmeelektrode in Gestalt einer dünnen Schicht auf der lichtempfindlichen Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabnahmeschicht aus einem Metalloxyd, -sulfid, -tellurid oder -selenid besteht.

2) Lichtelektrische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabnahmeschicht aus Cadmiumoxyd oder Cadmiumsulfid besteht.

3) Lichtelektrische Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabnahmeschicht aus der violetten, blauen oder roten, vorzugsweise aus der blaugrün erscheinenden Modifikation des Cadmiumoxyds besteht.

4) Verfahren zum Herstellen von lichtelektrischen Zellen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall für die Stromabnahmeschicht in Gegenwart von Sauerstoff oder Schwefeldampf auf die lichtempfindliche Schicht aufgestäubt oder aufgedampft wird.

5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufstäuben oder Aufdampfen in einer Sauerstoff- oder Schwefelatmosphäre von etwa 1/100 bis 1/10 mm Hg vorgenommen wird.

6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der Stromabnahmeelektrode etwa 5 - 15 Minuten dauert.

7) Lichtelektrische Zelle nach Anspruch 1 oder ff, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Halbleiterschicht und elektronenableitender Oxyd- bzw. Sulfidschicht eine z.B. aus dünnem Graphit bestehende Schutzschicht vorgesehen ist.

8) Lichtelektrische Zelle nach Anspruch 1 oder ff, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zellenelemente in Strahlrichtung hintereinander angeordnet sind.

9) Lichtelektrische Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht jedes Zellenelements unmittelbar auf der Stromabnahmeschicht des darunter befindlichen Elements liegt.

10) Lichtelektrische Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Trägerschicht mit abwechselnd darauf liegenden Selen- und Stromabnahmeschichten besteht.

11) Lichtelektrische Zelle nach Anspruch 1 oder ff, dadurch gekennzeichnet, dass ihr eine oder mehrere Verstärkungsfolien aus Röntgenleuchtschirmstoff vorgeschaltet sind.

12) Lichtelektrische Zelle nach Anspruch 1 oder ff, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger für die lichtempfindliche Schicht Graphit dient.

13) Lichtelektrische Zelle nach Anspruch 1 oder ff, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenemissionsschicht eine geringe Menge Alkalimetall - ca 1/10 bis 1/1000 Prozent - zugesetzt ist.

14) Lichtelektrische Zelle nach Anspruch 1 oder ff, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer elektrischen Vorspannung von etwa 0,1 - 2 Volt arbeitet.

15) Lichtelektrische Zelle mit einer der Augenempfindlichkeit weitgehend angepassten selektiven Empfindlichkeit, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem der vorangehenden Ansprüche gestaltet resp. hergestellt ist.