DE1045566B

DE1045566B - Kristallfotozelle

Info

Publication number: DE1045566B
Application number: DEI12329A
Authority: DE
Inventors: John Albert Swanson; Paul Vernon Horton
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1955-10-17
Filing date: 1956-10-16
Publication date: 1958-12-04
Also published as: US2986591A; JPS34167B1

Description

Es ist festgestellt worden, daß ein PN-Übergang im Halbleitermaterial empfindlich für das Vorhandensein von strahlender Energie entweder im sichtbaren oder im unsichtbaren Spektrum ist. Diese Empfindlichkeit zeigt sich in Form einer Verminderung der Impedanz eines in Sperrichtung gepolten PN-Überganges, sobald strahlende Energie auf die Schicht gerichtet wird. Es ist anzunehmen, daß diese Impedanzverminderung bewirkt wird durch die Energieübertragung aus dem Licht auf einige der Elektronen in dem Material, die vom Valenzband ins Leitungsband unter gleichzeitiger Erzeugung von Lochelektronenpaaren übergehen. Die so erzeugten Löcher und Elektronen werden durch das elektrische Feld infolge der umgekehrten Vorspannung getrennt, wodurch der Stromfluß verstärkt wird. Gewohnlich ist bei solchen bekannten Vorrichtungen die dem Stromkreis von der Vorspannungsquelle zugeführte Energie viel größer als die von dem Licht gelieferte Energie; daher ist der Haupteffekt eine Impedanzverstärkung anstatt einer Energieumwandlung.

Bei typische PN-Übergänge verwendenden lichtempfindlichen Vorrichtungen trifft das Licht auf den PN-Übergang in einer parallel zu der Ebene der Schicht verlaufenden Richtung auf. Nur das auf den PN-Übergang selbst auffallende Licht kann einen Strom erzeugen, der Licht, das in einem Abstand von der Sperrschicht, hier PN-Übergang, innerhalb der Diffusionslänge der Schicht liegt, auf das Halbleitermaterial fällt, teilweise wirksam sein kann. Da typische PN-Übergänge im Vergleich zur Breite der P- und N-Bereiche verhältnismäßig schmal sind, trifft, wenn das einfallende Licht über die ganze Halbleiteroberfläche ausgebreitet wird, nur ein sehr kleiner Teil des Lichtes auf den PN-Übergang. Daher ist eine solche Vorrichtung sehr leistungsschwach in bezug auf die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie, wenn nicht Vorkehrungen dahingehend getroffen sind, daß das einfallende Licht in einer sehr schmalen Linie entlang des PN-Überganges fokussiert wird.

Es ist vorgeschlagen worden, eine PN-Schichtfotozelle unter Verwendung einer sehr dünnen P-Oberflächenschicht auf einer Basis aus N-Material (oder einer dünnen N-Schicht über einer Basis aus P-Material) herzustellen und das Licht senkrecht auf die Oberflächenschicht auffallen zu lassen. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß das einfallende Licht über einen größeren Bereich verteilt werden kann. Bei den eben beschriebenen Vorrichtungen kann jedoch jede einfallende strahlende Energie, die eine tiefe Durchdringungskraft besitzt, vollständig durch den Halbleiterkörper hindurchgehen, der den PN-Übergang enthält, ohne daß sie in elektrischer Energie umgesetzt wird.

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Oktober 1955

John Albert Swanson und Paul Vernon Horton,

Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Die beim Bekannten und dem Vorgeschlagenen bestehenden Schwierigkeiten zu beheben, ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe. Die Erfindung besteht danach in einer Kristallfotozelle, welche gekennzeichnet ist durch einen Halbleiterkörper mit P- und N-leitenden Bereichen, die durch eine eigenleitende, allein der einfallenden Strahlung ausgesetzte Zone getrennt sind und die in den Übergangsstellen mit der eigenleitenden Zone Sperrschichten bilden.

Die Anordnung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß infolge einer neuen Aufbauweise das einfallende Licht über einen größeren Bereich verteilt werden kann. Außerdem kann nach einer anderen Ausführung der Erfindung die durch den Halbleiterkörper hindurchgehende Lichtenergie nachträglich in elektrische Energie umgesetzt werden. Durch die Erfindung wird somit eine lichtempfindliche Zelle geschaffen, die strahlende Energie günstiger als bisher in elektrische Energie umsetzen, die Licht auf einer relativ große Oberfläche aufnehmen kann und bei der keine Fokussierung des auffallenden Lichtes nötig ist.

Wenn Licht der vorgeschriebenen Frequenz auf den eigenleitenden Bereich, dem sogenannten I-Bereich, fällt, werden Lochelektronenpaare erzeugt. Die Elektronen können die Schicht aus N- und I-Material, wo sich eine Sperre gegen den Elektronenfluß befindet, schwerer passieren als die Schicht aus I- und P-Maierial, wo ihrem Fluß keine Sperre entgegengesetzt ist. Daher fließen die Elektronen in Richtung auf das N-Ende. In ähnlicher Weise haben die Löcher die Neigung zum P-Ende zu fließen. Infolgedessen fließt

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ein restlicher elektrischer Strom zum P-Ende. Wenn der Körperstromkreis unterbrochen wird, baut sich ein Potential zwischen dem P- und dem N-Ende auf. Die Stärke dieses Potentials ist der Breite U_s (Volt) des verbotenen Bandes des Halbleiters angenähert. Durch Einschaltung einer entsprechenden Ipedanz zwischen die an die P- und N-Bereiche angeschlossenen Klemmen kann das von der Vorrichtung erzeugte Produkt aus Strom und Spannung auf ein Höchstmaß gebracht werden. Wenn das Licht stark genug und die Breite des eigenleitenden Bereiches W viel kleiner als eine Länge τ ist, was in der unten beschriebenen Weise von der Lebensdauer abhängt, kann die Ausgangsspannung bei optimalem Strom auf einem diesem Maximum nahekommenden Wert U_g gehalten werden. Hat das Licht eine solche Frequenz, daß jedes Lochphoton eine Energie aufweist, die etwas größer als das für das Anheben des Elektrons aus dem Valenzband durch das verbotene Band zu dem Leitungsband benötigte Minimum ist, und wenn eine vernachlässigbare Lichtmenge reflektiert wird oder außerhalb des I-Bereiches auffällt, beträgt die Umsetzleistung der Vorrichtung annähernd Eins. Die durchschnittliche Lebensdauer der Löcher in dem eigenleitenden Material muß lang genug sein, damit der Teil der Löcher und Elektronen, die sich vor Erreichen der Kontaktbereiche rekombinieren, klein ist.

Weitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. Die Erfindung sei für einige Ausführungsformen an Hand der Zeichnung nachstehend näher erläutert:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer nach der Erfindung aufgebauten lichtempfindlichen Zelle, die in einem einfachen Stromkreis liegt;

Fig. 2 A ist eine grafische Darstellung des Energieniveaus in dem Halbleiterkörper nach Fig. 1 für den unbelichteten Zustand;

Fig. 2 B ist eine ähnliche grafische Darstellung des Energieniveaus für den Zustand der Belichtung bei offenem Stromkreis;

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen Halbleiterkörper 1 mit einem mittleren eigenleitenden I-Bereich 2 und mit einem P-Bereich 3 an seinem linken und einem N-Bereich 4 an seinem rechten Ende. Der P-Bereich 3 ist von dem Bereich 2 durch eine Sperrschicht 5 und der N-Bereich 4 ist von dem Bereich 2 durch eine Sperrschicht 6 getrennt.

Die P- bzw. N-Bereiche 3 bzw. 4 sind jeweils durch elektrische Anschlüsse mit ohmisch wirkenden Übergangswiderständen an einen Widerstand 7 angeschlossen.

Die Übergänge 5 und 6 müssen möglichst wirksame Sperren gegen den Durchgang von Elektronen bzw. Löchern sein. Zu diesem Zweck muß der Unterschied zwischen dem spezifischen Widerstand des I-Bereiches einerseits und der P- und N-Bereiche andererseits so groß wie möglich gemacht werden. Der spezifische Widerstand des I-Bereiches wird bestimmt durch die physikalischen Eigenschaften des Materials, die bei Germanium gewöhnlich im Bereich von 50 bis 60 Ohmcm liegen. Die spezifischen Widerstände der P- und N-Bereiche sind in Übereinstimmung mit einer genügend langen Lebensdauer so gering wie möglich gehalten. Spezifische Widerstände in der Größenordnung von 1 Ohmcm sowohl für den P- als auch für den N-Bereich für Germanium sind im vorliegenden Falle vorteilhaft. Die Lebensdauer des Materials im I-Bereich 2 soll so groß wie möglich sein.

Die in der Zeichnung angegebenen Abmessungen für den eigenleitenden Bereich 2 sind nur als schematisch anzusehen. Die Entfernung W zwischen den Sperrschichten 5 und 6 sollte nicht wesentlich größer sein und vorzugsweise beträchtlich kleiner als ein Abstand L sein, der nachstehend »Transportlänge« genannt wird und durch folgende Gleichung darzustellen ist:

wobei μ die durchschnittliche Trägerbeweglichkeit in cmWoltsec, V_g die Breite des verbotenen Energiebandes in Volt und τ die Gesamtträgerlebensdauer in Sekunden ist. Unter »Gesamtträgerlebensdauer« versteht man die Lebensdauer unter Berücksichtigung der Trägerverluste aus allen Gründen, nämlich Massenrekombination, Oberflächenrekombination und Trägerverlust infolge Leitung durch die Sperrschichten.

Die Transportlänge L ist größer als die Diffusionslänge. Bei Germanium ist L größer als die Diffusionslänge um einen Faktor 5 oder 6. Außerdem ist gewöhnlich die Diffusionslänge in einem eigenleitenden Bereich viel größer als die Diffusionslänge in einem typischen störleitenden Bereich, da die Trägerlebensdauer in reinem (d. h. eigenleitenden) Material gewöhnlich länger ist.

Die Dicke D des eigenleitenden Bereichs 2, d. h.

seine Abmessung in Richtung des einfallenden Lichtes,

. muß so klein wie möglich sein, abgesehen von der Einschränkung, daß sie meistens größer als die Eindringungstiefe der einfallenden Strahlung und außerdem ausreichend sein muß, um die wirksame Trägerlebensdauer infolge Oberflächenrekombination viel größer als die Trägerlebensdauer infolge Volumenrekombination zu halten. Da das Kriterium für die Öberflächenrekombination gewöhnlich eine Dicke erfordert, die größer als die für die Durchdringungstiefeneinschränkung nötige ist, wird in den meisten praktischen Fällen die Dicke durch die Forderung nach Niedrighalten der Oberflächenrekombination gesteuert.

Um es vollständiger zu erklären, ist dieOberflächenrekombinationsgeschwindigkeit s bei dünnen Körpern wichtig, weil das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen groß ist. Die wirksame Lebensdauer x_s infolge der Oberflächenrekombination liegt in der Größenordnung:

wobei D die Dicke des Materials ist. Es ist erwünscht, T_s^-T zu halten (Volumenlebensdauer), so daß letztere die obenerwähnte Transportlänge bestimmt, ohne daß die Länge durch eine hohe Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit herabgesetzt wird.

Die Gleichung (1) kann so umgeschrieben werden: 60

Daher folgt, wenn r_s ^ r, daß
s · t_s ^ s · τ,

und damit

D>s ■ τ

Da die Größe sr gewöhnlich größer als die Durchdringungsstufe des Lichtes ist, werden im wesent-

lichen alle Träger auf einer Oberfläche oder innerhalb der Durchdringungstiefe dieser einen Oberfläche erzeugt. Diese Träger diffundieren im ganzen Körper und rekombinieren im ganzen Körper. Daher entsteht die größte Trägerdichte, wenn D am kleinsten ist. Aber das Potential V₀ steigt mit zunehmender Trägerdichte. Daher erhält man die größte Leistung, wenn D in Übereinstimmung mit Gleichung (4) so klein wie möglich gemacht wird.

Die Oberflächen des eigenleitenden Bereichs 2 können z. B. nach bestimmten, an sich bekannten Ätzverfahren behandelt werden, um die Oberflächenrekombinationsgeschwiindigkeit s zu vermindern.

Licht von bestimmten, sehr eng abgegrenzten Frequenzen kann eine Photonenenergie haben, die gerade *5 ausreicht, um Loch-Elektronenpaare in einem gegebenen Material zu erzeugen, und kann daher in diesem Material eine große Durchdringungstiefe erreichen. In diesem Falle muß die Dicke D gleich der Durchdringungstiefe sein, anstatt durch den oben erklärten Ausdruck bestimmt zu werden.

In bezug auf die Länge, d. h., die zur Papierebene senkrecht stehende Abmessung des Halbleiterkörpers 1 besteht keine Einschränkung. Sie kann willkürlich gewählt werden.

Strahlende Energie, deren Wellenlänge so kurz ist, daß die Energie jedes Lichtquants kleiner als die Energielücke des eigenleitenden Materials ist, wird nicht in elektrische Energie umgesetzt.

Fig. 2A zeigt schematisch das Verhältnis zwischen den Energieniveaus der Elektronen in dem Halbleitermaterial. Die Kurve 8 stellt das Energieniveau der oberen Grenze des Valenzbandes von Elektronen dar. Die Kurve 9 zeigt die untere Grenze des Leitungsbandes. Der Bereich zwischen den Kurven 8 und 9 stellt das verbotene Energieband dar, worin keine Elektronen stabil bestehenbleiben. Die punktierte Linie 10 stellt das Fermi-Niveau dar.

Das Fermi-Niveau ist dasjenige Energieniveau, in dem die Wahrscheinlichkeit, daß ein Elektron vorhanden ist, gleich V2 ist. Das heißt, die Hälfte derjenigen Elektronen, die aus ihren Absolut-Null-Temperatur-Energiezuständen herausgebracht werden, haben höhere Energieniveaus als das Fermi-Niveau, und eine Hälfte hat niedrigere Energieniveaus.

Im eigenleitenden Bereich 2 liegt das Fermi-Niveau etwa in der Mitte zwischen der Oberkante des Valenzbandes und der Unterkante des Leitungsbandes (vgl. Charles Kittel, »Introduction to Solid State Physics«, S. 274). Im P-Bereich liegt das Fermi-Niveau näher zur Oberkante des Valenzbandes, im N-Bereich näher zur Unterkante des Leitungsbandes.

Wenn die strahlende Energie auf den eigenleitenden Bereich 2 fällt, werden viele der Elektronen durch die Energieübertragung aus den Lichtphotonen auf höhere Energieniveaus angehoben. Dadurch entstehen zusätzliche Löcher, deren Zahl der Zahl der aus den Valenzbändern verdrängten Elektronen entspricht. Der bei Strahlungseinfall herrschende Zustand ist aus Fig. 2 B ersichtlich, wo die gestrichelte Linie 14 das Fermi-Niveau für Löcher und die gestrichelte Linie 15 dasjenige für Elektronen darstellen. Die Kurve 8 α zeigt die neue Höhe der Oberkante des Valenzbandes und die Kurve 9 α die neue Höhe der Unterkante des Leitungsbandes. Im N-Bereich4 ist das Energieniveau ⁵S für Elektronen etwa dasselbe wie im eigenleitenden Bereich 2. Dies ist der Fall, weil für den Elektronenfluß über die Schicht 6 auf die N-Schicht 4 zu keine Sperre besteht. Ähnlich ist das Fermi-Niveau 14 für Löcher im eigenleitenden Bereich 2 etwa dasselbe wie im benachbarten P-Bereich 3, weil für Löcher, die von dem eigenleitenden Berich 2 zu dem P-Bereich 3 fließen, keine Sperre vorhanden ist.

Die Energie der auf das eigenleitende Material im Bereich 2 fallenden Lichtphotonen ist proportional der Frequenz des Lichtes. Wenn diese Energie genügend groß ist, um ein Elektron aus dem Valenzband in das Leitungsband zu heben, entsteht ein Loch-Elektronenpaar. Die Löcher und Elektronen, die so gebildet werden, diffundieren durch den Eigenleitungsbereich 2. Der Übergang 5 ist eine Sperre für Elektronen, während Löcher durch diese Sperre diffundieren können. Andererseits ist der Übergang 6 eine Sperre für Löcher, und Elektronen können durch sie diffundieren. Es ergibt sich ein ununterbrochener Fluß von Löchern durch den Übergang 5 und von Elektronen durch den Übergang 6, d.h., es wird ein ununterbrochener Stromfluß in der Richtung vom Bereich 4 zum Bereich 3 erzeugt. Wenn kein äußerlicher Stromkreis zwischen den Bereichen 3 und 4 vorhanden ist, hört der Stromfluß auf beim Aufbau einer Potentialdifferenz zwischen den Bereichen 4 und 3, welche etwa gleich der ständigen elektrochemischen Potentialdifferenz zwischen Löchern und Elektronen ist.

Ein stetiger Zustand wird erreicht, wenn die Konzentration von Löchern und Elektronen steigt, bis die Geschwindigkeit der Rekombination von Löchern und Elektronen gleich der Geschwindigkeit der Loch-Elektronen-Erzeugung durch Licht ist. Die stetige Konzentration von Trägern bestimmt eine elektrochemische Potentialdifferenz von der Spannung V₀ bei offenem Stromkreis, die mit der Konzentration zunimmt und sich V_s annähert, wenn die einfallende Lichtstärke groß genug wird.

Dieser Zustand ist grafisch in Fig. 2 B veranschaulicht, wo die verfügbare Spannung V₀ bei offenem Stromkreis als die Potentialdifferenz zwischen den Fermin-Niveaus für Löcher und Elektronen dargestellt ist. Vg ist die Breite des verbotenen Bandes in Elektronenvolt. Der praktische Maximalwert von V₀ ist kleiner als V_s, und zwar beträgt die Differenz 2 V_T+ V_n+ V„. Dieses Verhältnis ist aus Fig. 2B ersichtlich.

V_n ist die Energiedifferenz zwischen dem Fermi-Niveau für Elektronen und der Unterkante des Leitungsbandes im N-Bereich. V₁, ist die Energiedifferenz zwischen der Oberkante des Valenzbandes und dem Fermi-Niveau für Löcher im P-Bereich. V_n und V₁, können auf ihren kleinsten Wert gebracht werden, indem die P- und N-Bereiche einen niedrigen spezifischen Widerstand erhalten. Dieser darf aber nicht so klein gemacht werden, daß die Lebensdauer genügend weit herabgesetzt wird, um den Fluß der »falschen« Träger durch die jeweiligen Sperrschichten zu fördern.

Die Energie Vj ist die sogenannte »Thermospannung«. Bei Zimmertemperatur ist V₁- = V₄₀ Elektronenvolt. Es müssen an jeder Schicht Spannungen von mindestens V₇ aufrechterhalten werden, um den Fluß des unerwünschten Trägertyps durch die Schicht zu verhindern.

Energie kann von der Fotozelle 1 durch Anschluß einer äußeren Impedanz 7 abgeleitet werden. Wenn die Impedanz 7 so gewählt wird, daß sich das Produkt aus Strom und Spannung für eine gegebene einfallende Lichtstärke auf ein Höchstmaß erhöht, und wenn L^>W ist, bleibt die Potentialdifferenz zwischen den Enden der Fotozelle etwa gleich der elektrochemischen Potentialdifferenz V₀. Ist die einfallende Lichtstärke genügend groß, so kann sich V₀ der

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Energiebandlücke V_g unter den obenerwähnten Einschränkungen nähern, und dann beträgt der elektrische Wirkungsgrad der Vorrichtung nahezu Eins.

Wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichtes etwa so groß ist, daß die Energie jedes Lichtphotons nur wenig größer als die Breite des verbotenen Energiebandes ist, dann ist jedes Lichtphoton wirksanm, ein Loch-Elektronenpaar in dem eigenleitenden Material bei wenig Wärmeverlust zu erzeugen, und die Leistungsumsetzung von Lichtenergie in elekirische Energie beträgt fast Eins.

Die Lichtstärke darf nicht zu groß sein; denn wenn zu viele Loch-Elektronenpaare erzeugt werden, werden die Sperren völlig »ausgewaschen« und lassen die »falschen« Trägertypen an den jeweiligen Schichten vorbeifließen. In der Praxis besteht in dieser Hinsicht sehr wenig Gefahr, zum mindesten bei Lichtstärken, die nicht größer als die des direkten einfallenden Sonnenlichtes sind. Wenn eine Vorrichtung bei einer solchen großen Lichtstärke arbeiten soll, kann die Dicke über die oben angegebenen Werte hinaus erhöht werden, damit eine zusätzliche Volumenkapazität für die zusätzlichen Träger entsteht.

Die Fotozelle nach der Erfindung ist vorteilhaft für folgende Größen eingerichtet. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Fotozelle folgende Werte haben:

W=¹Za cm, D=O₁I cm, τ=1000 μβες.

Bei Verwendung im Mittagssonnenlicht beträgt der Wirkungsgrad dieser Zelle 5 °/o. Durch Erhöhung der Lichtstärke mit Reflektoren kann er auf 15% erhöht werden, und durch Verminderung von W auf 0,1 cm kann er auf 80% erhöht werden. Die Fokussierung von Licht auf einen 0,1 cm breiten Streifen ist relativ einfach.

Bei jedem Wert von W erhält man eine gewisse Energieumsetzung. Praktische Vorrichtungen beschränken sich jedoch auf solche, deren W nicht beträchtlich größer als die Transportlänge L ist, wie oben angegeben, und die besten Leistungen erhält man, wenn W<^L.

Die Fig. 3 zeigt drei Halbleiterkörper 11, 12 bzw. 13, durch die einfallendes Licht in der genannten Reihenfolge hindurchtritt. Das von jedem Körper übertragene Licht besteht aus Energiephotonen, die zu klein sind, um darin Lochelektronenpaare zu bilden. Die drei Körper bestehen aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Zum Beispiel besteht der Körper 11 aus Silizium, der Körper 12 aus Germanium und der Körper 13 aus Indiumantimonid.

Die drei Körper 11, 12 und 13 haben mittlere Eigenleitungsbereichella, 12 a und 13a,.P-Bereiche

11 b, 12b und 13& am linken und N-Bereiche lic,

12 c und 13 c am rechten Ende. Wegen der verschiedenen in ihren eigenleitenden Bereichen verwendeten Materialien sind die verbotenen Energiebänder der drei Halbleiter von Fig. 3 verschieden breit und sprechen daher am besten auf Wellenlängen verschiedener Größen an. Durch Anpassung der Breite der verbotenen Energiebänder an die Wellenlängen des einfallenden Lichtes kann ein zusammengesetztes Licht vieler Wellenlängen sehr gut in Elektrizität umgesetzt werden. Es ist erwünscht, das Licht mit den kürze: .en Wellenlängen zu absorbieren und durch den dem Licht am nächsten liegenden Halbleiter umsetzen zu lassen, während das Licht mit zunehmend längeren Wellen, die eine größere Durchdringungskraft haben, durch die folgenden Halbleiter.umgesetzt wird..

Um die Ausgangspotentiale gleich oder fast gleich den Bandlücken im Bändermodell zu halten, muß die Lichtstärke ziemlich groß gehalten werden. Wenn die Lichtstärke über den für diesen Zweck nötigen Mindestwert hinaus erhöht wird, erfolgt dann eine geringe entsprechende Erhöhung des Ausgangswertes. Daher erhält man die beste Leistung, wenn man die Lichtstärke eben über dem Mindestwert hält.

Es ist vorteilhaft, ein System von Reflektoren zu verwenden, so daß das von der Oberfläche eines Halbleiters reflektierte Licht zu dieser Oberfläche zurückgerichtet und wieder auf sie fokussiert wird, um so den Reflektionsverlust auf ein Mindestmaß herabzudrücken.

Werden höhere Potentiale benötigt (die verbotene Energiebandbreite bei Germanium beträgt etwa 0,72 Elektronenvolt), dann können die Batterien der Fotozellen in Reihe geschaltet werden.

Im Falle des Beispiels ist Licht als strahlende Energie erwähnt worden. Es ist aber ohne weiteres möglich, auch andere Arten von strahlender Energie zu verwenden. So kann die Erfindung z. B. benutzt werden, um radioaktive Energie in elektrische Energie umzusetzen. Die Quelle der radioaktiven Energie kann dafür äußerlich vorhanden oder in dem eigenleitenden Bereich 2 eingebettet sein.

Obwohl für die vorliegenden Zwecke Sperrschichten zwischen störleitenden und eigenleitenden Materialien desselben Elements, z. B. Germanium, dargestellt und erwähnt sind, können auch andere Arten von Sperrschichten mit asymmetrischer Leitfähigkeit und wahlweiser Weiterleitung von Löchern und Elektronen bei der Ausführung der Erfindung benutzt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Kristallfotozelle, gekennzeichnet durch einen Halbleiterkörper (1) mit P- und N-leitenden Bereichen (3., 4) j die durch eine eigenleitende, allein der einfallenden Strahlung ausgesetzte Zone (2) getrennt sind und die an den Übergangsstellen (5,6) mit der eigenleitenden Zone (2) Sperrschichten bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W) der eigenleitenden Zone (2) nicht größer ist als die Transportlänge für die Überschußträger der Eigenleitzone (2).

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der eigenleitenden Zone (2) einen großen Winkel, insbesondere einen Winkel von 90°, mit der Einstrahlrichtung bildet.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie des eingestrahlten Energiequants etwas größer ist als die Bandbreite der strahlenden Energie im eigenleitenden Bereich.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Trägerlebensdauer von. 1000 μβεΰ die Breite (W) des Eigenleitbereiches ungefähr ¹Iz cm beträgt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1. bis 5. . dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Störleitbereiche (3, 4) in einem äußeren Stromkreis durch eine sehr hohe ,Impedanz (7) miteinander verbunden sind. -

7. Die im gleichen Strahlengang der einfallenden Strahlen hintereinanderliegende Anordnung mehrerer Fotozellen (11, 12, 13) nach den Ansprüchen 1 bis 6.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Fotozellen (11, 12, 13) aus Halbleitermaterial mit verschieden großen Bandlücken im Energiebändermodell bestehen.

9. Vorrichtung nach den Ansprächen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Anordnung der Fotozellen (11,12,13) so getroffen

ist, daß jeweils die die kurzwelligste Strahlung absorbierende Fotozelle der Strahlungsquelle am nächsten liegt.

10. Vorrichtung nadh den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Fotozellen Silizium (11), Germanium (12) und Indiumantimonid (13) als Halbleiterkörper haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen