Photoelektrische Zelle. Irn Hauptpatent ist bereits vorgeschlagen worden, den photoelektrischen Stoff der licht empfindlichen Elektrode einer photoelek trischen Zelle auf einer Zwischenschicht an- ziibringen, die eine chemische Verbindung und elektrisch leitende Teilchen enthält. Wie dort angegeben, können diese Teilchen aus Teilchen des photoelektrischen Stoffes selbst bestehen, wobei es, vorteilhaft ist, da.ss die Schicht ausser den Teilchen :dieses photoelek- trischen Stoffes noch Teilchen eines andern leitenden Stoffes enthält.
Unter einem photoelektrischen Stoff ist im nachstehenden ein Stoff zu verstehen, der bei Bestrahlung Elektronen emittieren kann.
Die Erfindung hat den Zweck, die Emp findlichkeit einer derartigen photoelek trischen Zelle, das heisst den durch eine be stimmte Bestrahlung der photoelektrischen Elektrode in der Zelle herbeigeführten Strom, zu vergrösseren.
Eine photoelektrische Zelle gemäss der Er findung enthält ein photoelektrisches Metall, das sieh auf einer Zwischenschicht befindet, die ausser Teilchen dieses Metalles und Teil chen eines andern leitenden Stoffes auch noch Teilchen des. Oxyds des photoelektrischen Metalles enthält.
Die auf dieser Zwischen schicht befindliche Schicht :des. photoelek trischen Metalles ist zweckmässig sehr dünn und kann zum Beispiel die Dicke von einem oder einigen Molekülen haben. Die dieses photoelektrische Metall tragende Schicht, das heisst die obenbeschriebene gemischte Schicht, ist zweckmässig dick, zum Beispiel mehr als <B>100</B> Moleküle. Als photoelektrisches Metall werden zweckmässig die Alkalimetalle be nutzt, aber es können auch andere Stoffe; zum Beispiel die Erdalkalimetalle, wie Barium, verwendet werden.
Eine derartige photoelektrische Zelle wird zweckmässig auf die folgende Weise her gestellt. In :der Zelle wird zunächst eine Schicht eines Metalloxyds, zum Beispiel eine Silberoxydschicht, hergestellt, was durch Oxydation einer zum Beispiel durch Ver- dampfeng im Vakuum gebildeten Metall schicht erfolgen kann. Die 3VIetalloxydschicht kann jedoch auch auf andere Weise her gestellt werden, zum Beispiel durch Ver dampfung eines Metalloxyds, das sich auf einem in der Zelle angeordneten Glühkörper befindet.
Nach der Herstellung der Metall oxydschicht wird, gegebenenfalls nach Ent lüftung der Zelle, ein Überschuss eines photo elektrischen Metalles, zum Beispiel eines Alkalimetalles, in die Zelle eingebracht, worauf die nicht an eine Vakuumpumpe an geschlossene Zelle auf eine solche Tempera tur erhitzt wird, dass das -Metalloxyd redu ziert und ein Oxyd .des photoelektrischen Metalles, zum Beispiel Alkalioxyd, gebildet wird. Dem im Überschuss vorhandenen photoelektrischen Metall wird Gelegenheit gegeben, in das hergestellte Gemisch von Metallteilchen und Oxydteilchen einzudrin gen.
Es ist vorteilhaft, die Zelle zu diesem Zweck etwas zu erhitzen, zum Beispiel auf etwa<B>100'</B> C, wobei sich auf der hergestellten Schicht auch ein dünnes Alkalimetallhäut- chen absetzt.
Beim Reduzieren des Metalloxyds muss darauf geachtet werden, dass die Zelle nicht so hoch erhitzt wird, da das Oxyd des photoelektrischen Metalles zerlegt oder ver flüchtigt wird, oder -dass die gebildeten Me tallteilchen zusammenklumpen.
Die Zeichnung veranschaulicht beispiels weise eine photoelektrische Zelle gemäss der Erfindung durch Fig. 1 im Schnitt; Fig. 2 ist eine Darstellung eines Einzel teils dieser photoelektrischen Zelle.
Die in Fig. 1 ,dargestellte photoelektrische Zelle hat eine kugelförmige Wand 1, an die eine Röhre 2 angeschmolzen ist, die mit einem die Elektrode 4 der Zelle tragenden Fuss: 3 versehen ist. Wie aus Fig. 2 deutlich er sichtlich ist, besteht diese Elektrode aus einem nahezu geschlossenen Metallring, des sen Enden mit den Stromzuleitungsdrähten 5 und 6 verbunden sind.
Auf der Wand 1 befindet sich eine Silberschicht 7, die mit dem Stromleitungsdraht 8 in elektrisch lei- tender Verbindung steht und mit einer dün nen Schicht 9 überzogen ist, die aus. gut ver mischten Silber-, Caesium- und Caesium- oxydteilcllen besteht. Auf dieser Zwi..schen- schicht befindet sich ein dünnes Caesium- häutchen 10.
Bei der Herstellung der Zelle wird zu nächst auf der Wand eine Silberschicht an gebracht. Es kann zu .diesem Zwecke auf der Elektrode 4, bevor sie in der Zelle ange ordnet wird, ein wenig Silber befestigt wer den, das nach Entlüftung .der Zelle mittelst einer an das Entlüftungsröhrchen 11 an geschlossenen Vakuumpumpe durch Erhit zung der Elektrode 4 verdampft wird. Das verdampfte Silber schlägt sich auf der Zel lenwand nieder, wobei ein in der Zeichnung nicht dargestellter Schirm den Niederschlag auf einem Teil 12 .der Zellenwand verhindert. Dieser Teil 12 bildet das Fenster, durch das hindurch beim Betrieb Lichtstrahlen in die Zelle treten können.
Die Silberschicht kann auch auf andere Weise als durch Verdamp fung im Vakuum, zum Beispiel durch Nie derschlagen aus einer Silberverbindung, er halten werden.
Nach der Herstellung der Silberschicht wird Sauerstoff, zum Beispiel in der Form von Luft, in die Zelle eingelassen, und es wird zwischen der Elektrode 4 und der Silberschicht eine elektrische Entladung her beigeführt, wodurch die Oberfläche der Silberschicht oxydiert wird. Die Oxydation wird zweckmässig so lange fortgesetzt,
bis sich eine ziemlich dicke Silberoxydschicht g o leichmässiger Struktur gebildet hat. Die Zelle wird sodann wieder entlüftet und nach .der Pumpe zu abgeschlossen, worauf Caesium im Überschuss in die Zelle eingebracht wird; dies kann zum Beispiel durch Destillation von einem an das Röhrchen 13 angeschlos senen, nicht dargestellten Behälter aus ge schehen.
Das Caesium kann auch, zum Bei spiel durch Erhitzung eines Gemisches einer Caesiumverbindung und eines geeigneten Reduktionsmittels, in der Zelle entwickelt werden. Wird nach dem Einbringen des Caesiums die. Zelle auf etwas 200' C erhitzt, so wird das Silberoxyd reduziert und es ent steht Caesiumoxyd. Man muss darauf achten, dass bei dieser Erhitzung die Zelle nicht an die Vakuumpumpe angeschlossen ist, da sonst das Caesium aus der Zelle herausgetrieben würde.
Ferner darf die Temperatur nicht zu hoehgesteigert werden. Sollte die Zelle zum Beispiel auf<B>250'</B> C erhitzt werden, so würde sich das Caesiumoxyd, das die Zusam- inensetzung C.320 hat, verflüchtigen und bei höherer Temperatur sogar zerfallen. Die Silberteilchen würden überdies bei dieser hohen Temperatur zusammenschmelzen, so dass sie sich nicht mehr in feinzerteiltem Zu stande in der Schicht vorfinden würden.
Während und nach der Herstellung des Gemisches von Silberteilchen und Caesium- oxyd wird dem Ca.esiumüberschuss Gelegen heit gegeben, in das Gemisch einzudringen. Dieses Eindringen kann durch Erhitzung, zum Beispiel auf 100 C, der nicht an eine Vakuumpumpe angeschlossenen Zelle be schleunigt werden. Es wird auf diese Weise eine Schicht erhalten, in der Silberteilchen. Caesiumteilchen und- Caesiumoxyd in ver mischtem Zustand vorhanden sind.
Ein Teil des Ca.esiums setzt sich als dünne Schicht auf dieser Zwischenschicht ab. Sollte die Zelle noch freies Caesium enthal ten, so kann dieses gegebenenfalls dadurch aus der Zelle entfernt werden, dass letztere mit einer Vakuumpumpe verbunden und kalt entlüftet wird. Die Zelle kann auch mit einem Seitenröhrchen verbunden werden, das gekühlt und dann abgeschmolzen wird. Es kann auch in die Zelle ein Stoff, zum Bei spiel feinzerteilter Kohlenstoff, eingebracht werden, der den Caesiumübersehuss absorbie ren kann, oder es kann eine chemische Ver bindung, zum Beispiel Bleioxyd benutzt wer den, die den Caesiumüberschuss binden kann.
Zu diesem Zwecke kann der Fuss .der Zelle aus Bleiglas hergestellt sein.
Es ist einleuchtend, dass der photoelek trische Stoff ausser aus Caesium auch aus an- (lern Alkalimetallen oder aus andern Stoffen, zum Beispiel Barium, bestehen kann, und dass in der Zwischenschicht auch Teilchen eines andern Metalles als Silber vorhanden sein können.
Die Zelle wird zweckmässig als Hoch vakuumzelle benutzt, sie kann aber auch mit einer Gasfüllung versehen sein.
Die photoelektrische Zelle gemäss. der Er findung besitzt eine sehr grosse Empfindlich keit. In Hochvakuumzellen können zum Bei spiel Ströme von 40 lblikroampere je Lumen erzielt werden. Diese sind etwa zehn Mal stärker als die in Hochvakuumzellen gemäss dem Hauptpatent erzielten Ströme. Die Zel- len-lassen sich überdies so herstellen, dass sie einander vollkommen ähnlich sind, so. dass. sie sich zur Massenherstellung eignen.
Photoelectric cell. In the main patent it has already been proposed to apply the photoelectric substance of the light-sensitive electrode of a photoelectric cell to an intermediate layer which contains a chemical compound and electrically conductive particles. As indicated there, these particles can consist of particles of the photoelectric substance itself, whereby it is advantageous that the layer, in addition to the particles: of this photoelectric substance, also contains particles of another conductive substance.
In the following, a photoelectric substance is to be understood as meaning a substance which can emit electrons when irradiated.
The invention has the purpose of increasing the sensitivity of such a photoelectric cell, that is to say the current brought about by a certain irradiation of the photoelectric electrode in the cell.
A photoelectric cell according to the invention contains a photoelectric metal which is located on an intermediate layer which, in addition to particles of this metal and particles of another conductive substance, also contains particles of the oxide of the photoelectric metal.
The layer on this intermediate layer: des. Photoelectric metal is conveniently very thin and can, for example, have the thickness of one or several molecules. The layer carrying this photoelectric metal, that is to say the mixed layer described above, is expediently thick, for example more than <B> 100 </B> molecules. The alkali metals are expediently used as the photoelectric metal, but other substances can also be used; for example the alkaline earth metals such as barium can be used.
Such a photoelectric cell is conveniently made in the following manner. In: the cell, a layer of a metal oxide, for example a silver oxide layer, is first produced, which can be done by oxidation of a metal layer formed, for example, by evaporation in a vacuum. However, the 3VIetalloxydschicht can also be produced in other ways, for example by evaporation of a metal oxide that is located on an incandescent body arranged in the cell.
After the production of the metal oxide layer, if necessary after venting the cell, an excess of a photoelectric metal, for example an alkali metal, is introduced into the cell, whereupon the cell, which is not connected to a vacuum pump, is heated to such a temperature that the metal oxide is reduced and an oxide of the photoelectric metal, for example alkali oxide, is formed. The excess photoelectric metal is given an opportunity to penetrate into the produced mixture of metal particles and oxide particles.
For this purpose it is advantageous to heat the cell somewhat, for example to about <B> 100 </B> C, a thin alkali metal membrane also being deposited on the layer produced.
When reducing the metal oxide, care must be taken that the cell is not heated so high, since the oxide of the photoelectric metal is decomposed or volatilized, or that the metal particles formed clump together.
The drawing illustrates, for example, a photoelectric cell according to the invention by FIG. 1 in section; Fig. 2 is an illustration of a single part of this photoelectric cell.
The photoelectric cell shown in FIG. 1 has a spherical wall 1 to which a tube 2 is fused, which is provided with a foot 3 carrying the electrode 4 of the cell. As it is clearly evident from Fig. 2, this electrode consists of an almost closed metal ring, the ends of which are connected to the power supply wires 5 and 6.
On the wall 1 there is a silver layer 7 which is in an electrically conductive connection with the power line wire 8 and is covered with a thin layer 9 made of. well mixed silver, cesium and cesium oxide particles. On this intermediate layer there is a thin cesium membrane 10.
During the production of the cell, a layer of silver is first applied to the wall. For this purpose, a little silver can be attached to the electrode 4 before it is placed in the cell, which, after the cell has been vented, is evaporated by heating the electrode 4 by means of a vacuum pump connected to the venting tube 11 . The evaporated silver is deposited on the cell wall, with a screen not shown in the drawing preventing precipitation on part 12 of the cell wall. This part 12 forms the window through which light rays can enter the cell during operation.
The silver layer can also be kept in other ways than by evaporation in a vacuum, for example by knocking out a silver compound.
After the production of the silver layer, oxygen, for example in the form of air, is let into the cell and an electrical discharge is created between the electrode 4 and the silver layer, whereby the surface of the silver layer is oxidized. The oxidation is expediently continued as long as
until a fairly thick layer of silver oxide with a uniform structure has formed. The cell is then vented again and closed after the pump, whereupon excess cesium is introduced into the cell; this can happen, for example, by distillation from a container, not shown, connected to the tube 13.
The cesium can also be developed in the cell, for example by heating a mixture of a cesium compound and a suitable reducing agent. After the cesium has been introduced, the. If the cell is heated to about 200 ° C, the silver oxide is reduced and cesium oxide is formed. Care must be taken that the cell is not connected to the vacuum pump during this heating process, as otherwise the cesium would be driven out of the cell.
Furthermore, the temperature must not be increased too high. If the cell were to be heated to <B> 250 '</B> C, for example, the cesium oxide, which has the composition C.320, would volatilize and even break down at a higher temperature. The silver particles would also melt together at this high temperature, so that they would no longer be found in the layer in a finely divided state.
During and after the preparation of the mixture of silver particles and cesium oxide, the excess cesium is given the opportunity to penetrate the mixture. This penetration can be accelerated by heating the cell, which is not connected to a vacuum pump, for example to 100 C. In this way a layer is obtained in which silver particles. Cesium particles and cesium oxide are present in a mixed state.
A part of the cesium is deposited as a thin layer on this intermediate layer. If the cell still contains free cesium, this can, if necessary, be removed from the cell by connecting the latter to a vacuum pump and venting it cold. The cell can also be connected to a side tube that is cooled and then melted off. A substance, for example finely divided carbon, which can absorb the excess cesium can also be introduced into the cell, or a chemical compound, for example lead oxide, can be used to bind the excess cesium.
For this purpose, the base of the cell can be made of lead glass.
It is evident that the photoelectric material can consist of cesium and other alkali metals or other materials, for example barium, and that particles of a metal other than silver can also be present in the intermediate layer.
The cell is expediently used as a high vacuum cell, but it can also be filled with gas.
The photoelectric cell according to. the invention has a very high sensitivity. In high vacuum cells, for example, currents of 40 liter microamps per lumen can be achieved. These are around ten times stronger than the currents achieved in high vacuum cells according to the main patent. The cells can also be produced in such a way that they are completely similar to one another, like this. that they are suitable for mass production.