DE1097573B - Selenhalbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Selenhalbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft Selenhalbleiteranordnungen, insbesondere solche mit gleichrichtenden Eigenschaften wie Selentrockengleichrichter und lichtempfindliche Selenzellen sowie Verfahren zur Herstellung solcher Anordnungen.
Selenhalbleiteranordnungen enthalten üblicherweise eine Basiselektrode, eine Selenschicht, eine Sperrschicht und eine Deckelektrode, welche zweckmäßigerweise Cadmium enthält, jedoch auch aus einem anderen geeigneten Metall bestehen kann, beispielsweise, insbesondere bei Fotoelementen, aus Gold oder Platin.
Üblicherweise wird eine Selenhalbleiteranordnung in der Weise hergestellt, daß auf die Basiselektrode, die aus nickelplattiertem Aluminium oder einem anderen leitenden Material besteht, welches nicht in unerwünschter Weise mit Selen reagiert, amorphes Selen z. B. durch Aufschmelzen aufgebracht und durch Temperung in die kristalline Form übergeführt wird.
Die frei liegende Oberfläche der Selenschicht wird dann so behandelt oder beschichtet, daß vor der Anbringung der Gegenelektrode eine Sperrschicht gebildet wird. Das geschieht gewöhnlich dadurch, daß ein Material, welches mit dem Selen eine Sperrschicht bildet, z. B. Schwefel oder Cadmiumsulfid, aufgedampft oder in anderer Weise in die Selenschicht hineingebracht wird. Auf diese Sperrschicht wird dann eine Deckoder Gegenelektrode aufgebracht. Basiselektrode und Deckelektrode werden dann mit Anschlüssen versehen. Die fertige Zelle wird vor Inbetriebnahme noch elektrisch formiert, um die Gleichrichtung zu verbessern.
Die wichtigsten Eigenschaften einer solchen Selenzelle sind der Widerstand in Sperrichtung, der Widerstand in Durchlaßrichtung, die Alterungsbeständigkeit und das Verhalten bei höheren Umgebungstemperaturen.
Es hat sich gezeigt, daß eine Selenzelle mit einer Sperrschicht aus Cadmiumsulfoselenid in allen wesentlichen Eigenschaften denen bisher bekannter Art überlegen ist. Insbesondere ist der Widerstand in Sperrrichtung höher, die Alterungsbeständigkeit wesentlich verbessert und der Einfluß erhöhter Umgebungstemperaturen stark verringert. Bei der Selenhalbleiteranordnung nach der Erfindung besteht daher die Sperrschicht aus Cadmiumsulfoselenid, die auf die Oberfläche der vorzugsweise kristallinen Selenschicht der Selenzelle vor Aufbringung der Deck- bzw. Gegenelektrode aufgebracht ist.
Weitere Einzelheiten der Selenhalbleiteranordnung nach der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Darstellung der Zeichnung sind die Einzelheiten nicht maßstäblich, sondern mit bewußter Übertreibung wiedergegeben.
Selenhalbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung
Anmelder:
Vickers Incorporated,
Detroit, Mich. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Juli 1954
a5 Die Basiselektrode 1 kann aus irgendeinem elektrischen Leiter bestehen, welcher sich nach der praktischen Erfahrung für Selenzellen eignet, z. B. Nickel, Stahl, Aluminium, Nickelstahl, Nickel-Aluminium.
Die Selenschicht 2 wird auf der Platte 1 nach irgendeiner geeigneten Methode, z. B. wie folgt, aufgebracht:
Eine Schicht aus pulverförmigem, amorphem Selen wird auf die Basiselektrode aufgetragen und einer Hitze- und Druckbehandlung ausgesetzt, während der das Selen erweicht, ein glattes Aussehen erhält und teilweise kristallisiert. Das Selen wird dann vollständig in die kristalline Form durch eine geeignete Wärmebehandlung übergeführt.
Nachdem das Selen in seine kristalline Form übergeführt ist, wird dieSchicht3 aus Cadmiumsulfoselenid auf die freie Oberfläche des Selens aufgetragen; das geschieht zweckmäßig durch Sublimation in einem Hochvakuum. Eine solche Sublimation kann in einer evakuierten Umhüllung erfolgen, in welcher die mit kristallinem Selen beschichtete Basis angeordnet ist, indem man Cadmiumsulfoselenidpulver oder -kügelchen in Form von Fäden oder Häufchen in der Umhüllung unterbringt und erhitzt. Die Fäden können indirekt erhitzt werden; es ist aber auch die direkte Erhitzung durch elektrischen Strom möglich. DieRestatmosphäre bei der Sublimation des Cadmiumsulfoselenids kann aus Luft oder einem inerten Gas bestehen. Mit Luft als Restatmosphäre sind sehr gute Ergebnisse erzielt worden.
009 699/403
Wenn auch die Sublimation bei hoher Temperatur erfolgen kann, werden besonders gute Ergebnisse bei Sublimation des Cadmiumsulfoselenids bei einem Druck unterhalb von 11 Mikron Quecksilber erzielt. Besonders vorteilhaft ist die Sublimation von Cadmiumsulfoselenid bei Drücken im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 10 Mikron Quecksilber. Die Temperatur ist nicht kritisch, sie soll zweckmäßig so gewählt werden, daß die Sublimation bei dem angewandten Druck mit einer hohen Geschwindigkeit vor sich geht. Dies ist bei Temperaturen von etwa 1000 bis etwa 1200° C und den angegebenen niedrigen Drücken der Fall. Die Dicke der Sperrschicht soll vorteilhaft etwa 0,00001 bis 0,001 cm betragen.
Die übrigen Vorgänge zur Fertigstellung der Zelle sind wie üblich; dazu gehört die Anbringung einer geeigneten Gegenelektrode 4 und die daran anschließende elektrische Formierung. Für die Gegenelektrode sind zahlreiche Metalle verfügbar. Davon hat sich eine Legierung aus 30% Zinn und 70% Cadmium, die in üblicher Weise im Sprühverfahren aufgetragen wird, als besonders geeignet erwiesen, und zwar insbesondere in Verbindung mit der Cadmiumsulfoselenidschicht.
Cadmiumsulfoselenide sind chemische Verbindungen, welche Cadmium, Schwefel und Selen in verschiedenem molekularem Verhältnis enthalten und welche auf vielseitige bekannte Weise hergestellt werden können.
Praktisch werden Cadmiumsulfoselenide als Sperrschichten bevorzugt, welche nach der chemischen Analyse 66 bis 73 Gewichtsprozent Cadmium, 10 bis 16% Schwefel und 24 bis 11% Selen enthalten. Besonders gute Zellen haben sich unter Anwendung von Cadmiumsulfoseleniden ergeben, deren Zusammensetzungen etwa innerhalb folgender Grenzen liegen: Cadmium 68 bis 71%, Schwefel 11 bis 15% und Selen 21 bis 14%.
In einer speziellen Ausführung wurden Zellen mit einer Basisplatte 1 aus Nickel-Aluminium hergestellt; das kristalline Selen wurde auf den Platten wie bekannt gebildet. Cadmiumsulfoselenid, welches aus 68,46% Cadmium, 11,38% Schwefel und 20,16% Selen oder 70,44% Cadmium, 14,2% Schwefel und 15,36% Selen bestand, wurde auf das Selen bei einem Druck von weniger als 11 Mikron Quecksilber aufgedampft. Die Aufdampfung des Cadmiumsulfoselenids erfolgte bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1000 bis etwa 1200° C. Die aus einer Legierung von 30% Zinn und 70% Cadmium hergestellten Gegenelektroden wurden auf die Zellen aufgesprüht.
Durch die Verwendung von Cadmiumsulfoselenid als Sperrschicht wurde erreicht, daß 90% der Zellen eine Sperrspannung zwischen 35 und 5OVoIt Effektivwert besaßen. Darüber hinaus war die Alterungsge- schwindigkeit dieser durch hohe Spannung ausgezeichneten Zellen sehr niedrig und bei 35 und 75° C Umgebungstemperatur nahezu gleich.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Selenhalbleiteranordnung mit einer Basiselektrode, einer Selenhalbleiterschicht, einer Sperrschicht und einer Deck- bzw. Gegenelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht aus Cadmiumsulfoselenid besteht.
2. Verfahren zur Herstellung einer Selenhalbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der vorzugsweisen kristallinen Selenschicht vor Aufbringung der Deck- bzw. Gegenelektrode mit Cadmiumsulfoselenid beschichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Cadmiumsulfoselenidschicht aus etwa 66 bis 73% Cadmium, 10 bis 16% Schwefel und 24 bis 11% Selen verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Cadmiumsulfoselenidschicht aus etwa 68 bis 71% Cadmium, 11 bis 15% Schwefel und 21 bis 14% Selen verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Cadmiumsulfoselenidschicht durch Verdampfung auf der Selenschicht gewonnen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Cadmiumsulfoselenid in der Zusammensetzung 66 bis 73% Cadmium, 10 bis 16% Schwefel und 24 bis 11 %■ Selen verdampft und der Dampf auf der Selenschicht kondensiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Cadmiumsulfoselenid in der Zusammensetzung 68 bis 71% Cadmium, 11 bis 15%
, Schwefel und 21 bis 14% Selen verdampft und der Dampf auf der Selenschicht kondensiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Cadmiumsulfoselenid in der Zusammensetzung 66 bis 73% Cadmium, 10 bis 16% Schwefel und 24 bis 11% Selen auf die Selenschicht aufgedampft wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Cadmiumsulfoselenid in der Zusammensetzung 68 bis 71% Cadmium, 11 bis 15% Schwefel und 21 bis 14% Selen auf die Selenschicht aufgedampft wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 884 847, 927 404;
USA.-Patentschrift Nr. 2498240;
»Der Radiomarkt«, Beilage der »Elektrotechnik«, 9. Februar 1951.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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