DE1044298B

DE1044298B - Photoelement

Info

Publication number: DE1044298B
Application number: DES28354A
Authority: DE
Inventors: Dr-Phys Albin Kellermann
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1952-04-29
Filing date: 1952-04-29
Publication date: 1958-11-20

Description

Photoelement Die Erfindung bezieht sich auf ein Photoelement mit bekanntem Schichtenaufbau, insbesondere auf ein Selenphotoelement, und löst die Aufgabe, eine bestimmte Empfindlichkeitsverteilung innerhalb der energiemäßig nutzbaren Oberfläche zu erzielen.
Zur Erläuterung dieser Aufgabe und zur Kennzeichnung des Entwicklungsstandes ist zunächst folgendes zu sagen Es ist bereits bekannt, daß der Verlauf der Abhängigkeit des Kurzschlußstromes eines Selenphotoelementes üblicher Bauart von der Intensivität des auffallenden Lichtes in einem gewissen Grade durch die Leitfähigkeit und damit durch den Kristallisationszustand des Selens bedingt ist. Somit hängt der Photostrom bei konstanter Beleuchtung des Elementes von der thermischen Formierung ab. Früher beobachtete Ermüdungs- und Alterungserscheinüngen können heute durch geeignete Herstellungsverfahren vermieden werden, Den verschiedenen thermischen Formierzuständerl des Selens entsprechend gibt es nun zwei Gruppen von Elementen, nämlich eine, deren Kurzschlußstrom der 13eleuchtungsstärke bis zu hohen Werten proportional ist, und eine andere Gruppe von Elementen, bei denen dies nicht der Fall ist. Die für gewisse Zwecke erwünschte Krümmung der Photostromkennlinie kann durch Widerstandsbelastung des Elementes im ersten Falle in verschiedenem Maße erzwungen und im zweiten Falls verstärkt werden.
Weiterhin ist bekannt, z. B. bei Selenphotozellen Selenschichten verschiedener Leitfähigkeit aufzubringen. Durch dieses Verfahren sollen der Innenwiderstand und der Bahnwiderstand in gewünschter Weise beeinflußt werden.
Es ist auch bekannt, die Deckelektrode und die darunterliegende Halbleiterschicht bis zu einer gewissen Tiefe einzuritzen, Dadurch soll mehr Licht durch die Halbleiterschicht hindurchdringen, und es sollen an der Hinterwand mehr Elektronen ausgelöst werden.
Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, auf der Deckelektrode ein Raster aus lichtundurchlässigem, gut leitendem Material aufzubringen. Damit soll eine bessere Ableitung des erzeugten Photostromes erzielt und so eine lineare Abhängigkeit des Stromes von der Beleuchtungsstärke erreicht werden, Schließlich ist vorgeschlagen worden, eine Krümmung der Kennlinie durch mechanische Unterteilung der Deckelektrode eines fertigen Elementes und die damit verknüpfte Erhöhung des parallel zur Grundplatte gemessenen Elektrodenwidestandes hervorzurufen. Werden auf ein solches Element zwei nicht miteinander in Verhindnng stehende Kontakte derart aufgebracht, daFi die Unterteilung der Elektrode zwischen den Kontakten liegt, so erhält man je nach Wahl des Anschlusses verschiedene Photostromkennlinien.
Durch die Erfindung ist es nun möglich, bei Photoelementen eine beliebige Charakteristik in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke und/oder der spektralen Zusammensetzung zu erzielen. Dies wird dadurch erreicht, daß der lichtelektrisch wirksame Belag eine örtlich unterschiedlich integrale und/oder spektrale Lichtempfindlichkeit aufweist.
Die gewünschte, unterschiedliche Verteilung der Empfindlichkeit kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden. Wie Versuche gezeigt haben, kann eine gewünschte Charakteristik im Sinne der Erfindung z. B. dadurch erzielt werden, daß Schablonen geeigneter Form während des Aufbringens der lichtdurchlässigen Deckschicht eingeschaltet werden. Ein weiteres Verfahren besteht darin, zunächst die gesamte Fläche des Elementes mit einer gleichmäßigen, lichtdurchlässigen Deckelektrode zu versehen und anschließend eine oder mehrere Schichten unter Zwischenschalten geeigneter Schablonen aufzutragen, so daß einzelne Stellen des Halbleiters abgedeckt sind und die Stärke und/oder Form und/oder Materialzusammensetzung des lichtelektrisch wirksamen Belages während der Aufbringung nach einer vorbestimmten Gesetzmäßigkeit beeinflußt werden.
Der Belag selbst kann aus ein und demselben Material bestehen oder aber aus mehreren Stoffen, die gleichzeitig oder nacheinander aufgebracht werden. Das Aufbringen erfolgt nach den aus der Fertigungstechnik von Photoelementen bekannten Methoden.
Die gewünschte, unterschiedliche Empfindlichkeitsverteilung kann nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung auch dadurch hergestellt werden, daß nach Erreichen einer optimalen .elektrischen Leitfähigkeit des lichtelektrisch wirksamen Belages reflexionsvermindernde oder reflexionserhöhende Schichten -.uf die bereits erzeugte Schicht aufgebracht werden.
Außer den bekannten Mitteln, die für die Durchführung obenerwähnter Anweisungen möglich sind, kann man auch daran denken, durch geeignete, z. B. unsymmetrische Ausbildung der für die Herstellung der Deckelektrode bestimmten Anlage eine gewünschte Verteilungsfunktion der Lichtempfindlichkeit über die Oberfläche des Photoelementes zu erreichen. So ist es z. B. möglich, im Falle der Herstellung der Deckelektrode durch Kathodenzerstäubung eine Vorrichtung zu -benutzen, bei der eine an sich ebene Kathode mit der Anode einen Winkel bildet, z. B. von 25°, um dadurch eine verschiedene Stärke des Belages, also eine keilförmige Deckschicht, zu erwirken. Ein anderer Weg besteht darin, die Kathode als räumliche Fläche, z. B. eines Rotationskörpers, auszubilden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung mit den zugehörigen Kennlinien sind in der Zeichnung dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt ein rechteckiges Photoelement, bei dem zunächst die ganze Selenschicht mit einer Deckelektrode aus Cadmium überzogen ist. Die schraffierten Teile der Oberfläche sind zusätzlich mit einer dünnen Goldschicht versehen. Für dieses Photoelement erhält man bei Benutzung des Kontaktstreifens A, der zweckmäßig nach an sich bekannten Verfahren aufgespritzt ist, eine Kennlinie KA (Fig. 2), die den Photostrom in willkürlichen Einheiten in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke wiedergibt. Die Eintragung aller Werte in die gezeigten Diagramme erfolgte logarithmisch. Bei Wahl des Kontaktstreifens B wird die Kennlinie KA zur Kennlinie KB, wie ersichtlich aufgerichtet.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 3 dargestellt, bei dem die rechte, durch Schraffur gekennzeichnete Hälfte des mit einer Cadmiumschicht bedeckten Halbleiters aus Selen zusätzlich eine Goldauflage trägt. Die den Kontaktstreifen A und B entsprechenden Kennlinien KA und KB zeigt die Fig. -1.
Es ist möglich, mit anderen Deckschichtfolgen ähnliche oder andere, schwache oder starke Wirkungen zu erzielen. So kann z. B. bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die dem Kontaktstreifen A zugeordnete Schicht aus der Folge Thallium - Cadmium oder Cadmium - Gold bestehen, während für den Kontaktstreifen B die Folge Cadmium - Gold - Cadmium gewählt wird.
Die Deckschichtfolge ist-_nur rein materialmäßig zu verstehen. Die jeweilige, Deckschicht selbst kann - wie es hinreichend bekannt ist - aus einem Gemisch von Metall mit Metalloxyd oder nur aus Metall oder Metalloxyd bestehen, wobei z. B. auch Gase, wie Stickstoff, eingebaut sein können. Im Falle von Selen als Halbleiter kann auch die Bildung von Metallseleniden bekanntlich nicht ausgeschlossen werden.
Die gemäß der Erfindung erzielte unterschiedliche Lichtempfindlichkeit der verschiedenen Stellen der Oberfläche des Photoelementes hat nichts zu tun mit den bekannten, während der Herstellung des Elementes zufällig auftretenden Empfindlichkeitsschwankungen, deren Ursache z. B. in dem-. Vorhandensein von Inhomogenitäten im Halbleiter oder in der Existenz von Spritzmetallteilchen auf der lichtempfindlichen Schicht zu suchen ist. Bekanntlich-sind derartige Lichtempfindlichkeitsunterschiede auf höchstens wenige mm? der wirksamen Fläche beschränkt. Die Erfindung erstreckt sich nicht nur auf die Beeinflussung der integralen Lichtempfindlichkeit, sondern auch auf die Veränderung der spektralen Eigenschaften des Elementes, sei es, daß diese zwangläufig mit der erstgenannten Variation gekoppelt sind oder davon unabhängig gestaltet werden können. Photoelemente mit einer unterschiedlichen spektralen Flächenempfindlichkeit sind erfindungsgemäß insbesondere für photometrische Untersuchungen vorgesehen, indem z. B. ein Element verwendet wird, das auf der einen Hälfte blau- und auf der anderen rotempfindlich ist.
Die integrale Empfindlichkeitsverteilung im Bereich der lichtelektrisch nutzbaren Fläche kann eine beliebige Funktion des Ortes, des sogenannten Argumentpunktes, sein. Sie kann - alle diese Variationen liegen im Rahmen der Erfindung - entweder monoton zu-bzw: abnehmen oder auch ein Maximum und Minimum oder äuch mehrere Maxima oder Minima besitzen. Die Festlegung dieser Funktion wird im einzelnen Falle nach der jeweils vorliegenden Aufgabe getroffen. Ebenso wird man die Zahl, Form und Lage der Kontaktstreifen auf der Oberfläche nach dem jeweiligen Verwendungszweck des Photoelementes auswählen.

Claims

PATENTANSPROCHE: 1. Photoelement, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtelektrisch wirksame Belag eine örtlich unterschiedliche integrale und/oder spektrale Lichtempfindlichkeit aufweist.
2. Verfahren zur Herstellung von Photoelementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche integrale und/oder spektrale Lichtempfindlichkeit des lichtelektrisch wirksamen Belages durch gesetzmäßige Beeinflussung der Stärke und/oder Form und/oder Materialzusammensetzung des lichtelektrisch wirksamen Belages während der Aufbringung erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung durch Einschaltung und/oder Steuerung von Blenden oder Spalten zwischen der zu belegenden Fläche des Photoelementes und der Quelle des aufzutragenden Deckschichtmaterials erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung durch besondere, z. B. unsymmetrische Gestaltung der die Auftragung des. Deckschichtmatrials bewirkenden Quelle erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftragung des Deck Schichtmaterials durch- Kathodenzerstäubung eine ebene Kathode verwendet wird, die unter einem Wickel zur Anode angebracht ist.
6. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftragung des Deckschichtmaterials durch Kathodenzerstäubung die Kathode als räumliche Fläche eines Rotationskörpers ausgebildet ist..
7. Verfahren nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Deckschichtmaterial bis zum Erreichen einer optimalen elektrischen Leitfähigkeit aufgebracht und anschließend reflexionsvermindernde oder -erhöhende Schichten aufgetragen werden. B. Verfahren nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Zahl und/oder Lage und/ oder Form der Kontaktstreifen auf der Deckelektrode der getroffenen integralen und/oder spektralen Empfindlichkeitsverteilung entsprechend ausgewählt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 626 680, 737 089, 820 318, 857 99% 889 814; schweizerische Patentschriften Nr.149 847, 196 79I, 260 974; österreichische Patentschrift Nr. 153 457; britische Patentschrift Nr. 3 249;. USA.-Patentschriften Nr. 2 066 611, 2 414 233; L a n g e, »Die Photoelemente und ihre Anwendung<<, 1 (1940), S. 92 bis 94; Görlich, »Die Photozelle« (1951), S. 122 bis 127.