DE658362C

DE658362C - Lichtelektrische Zelle mit Halbleiterschicht

Info

Publication number: DE658362C
Application number: DEF80449D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1935-12-24
Filing date: 1935-12-24
Publication date: 1938-04-01

Description

Lichtelektrische Zelle mit Halbleiterschicht Die Erfindung bezieht sich ,auf solche lichtelektrische Zellen, welche eine Schicht eines Halbleiters, z. B. Kupferoxydul oder Selen, enthalten und in der Weise hergestellt sind, daß eine als Elektrode dienende Platte aus Metall oder ,anderem leitfähigen Stoff mit einer Halbleiterschicht versehen oder vereinigt wird, auf welcher die zweite Elektrode in Form einer durchsichtigen Metallhaut aufgepreßt, aufgespritzt oder aufgestäubt wird. Wird die Halbleiterschicht durch diese zweite Elektrode hindurch beleuchtet, so kann von den leiden Elektroden der Zelle ein elektrischer Strom .abgenommen werden. Unter Umständen wird in den äußeren Stromkreis einer solchen Zelle noch eine zusätzliche Stromquelle eingeschaltet.
Um den Strom von der lichtdurchlässigen, sehr dünnen Elektrode einer solchen Zelle ableiten zu können, hat man die durchlässige Elektrode bereits stellenweise verstärkt, indem man Metallstreifen in gerader oder ringförmiger Form aufgebracht hat, an welche die Leitung des äußeren Stromkreises angeschlossen wird.
In den Abb. i und 2 ist diese bekannte Anordnung einer lichtelektrischen Zelle in Ansicht und im Schnitt dargestellt. Mit i ist eine metallische Grundplatte bezeichnet, auf welcher sich in gutem Kontakt mit dieser die Halbleiterschicht 2 befindet. Auf diese ist ein Metallring 3 aufgespritzt, und die von diesem Metallring umgebene Fläche ist mit einer lichtdurchlässigen, leitfähigen, meistens aus Metall gebildeten. Deckschicht q. versehen. Diese Deckschicht q. befindet sich in gutem elektrischem Kontakt mit dem Metallring 3 und dient als Elektrode, von welcher der Strom mittels -des Metallringes 3 abgenommen und dem äußeren Stromkreis der Zelle zugeführt wird. Die zweite Elektrode der Zelle wird durch. die Grundplatte i gebildet. In Abb.2 isst schematisch gezeigt, wie diese Zelle an einen äußeren Stromkreis, in welchem sich das elektrische Meßinstrument 5 befindet, ;angeschlossen ist.
Aus der Abb. 2 ist ersichtlich, daß parallel zu dem Meßinstrument 5 ein elektrischer Nebenschluß besteht, indem die elektrische Spannung, welche sich nvischen den Teilen. i und 3 befindet, einen Ausgleichstromweg direkt von i durch die Halbleiterschicht hindurch zu 3 besitzt. Ein Teil des von der Zelle erzeugten Stromes geht also über diesen Stromweg verloren, so daß in dem äußeren Nutzstromkreis entsprechend weniger Strom fließt und nutzbar gemacht werden kann.
Es sind zwar schon lichtelektrische Zellen mit Halbleiterschicht bekannt, bei welchen dieser Nachbeil nicht auftritt, indem Verstärkungsstreifen ,auf der lichtdurchlässigen dünnen Elektrode überhaupt nicht vorhanden sind, wobei. jedoch der Nachteil einer sehr schlechten Stromableitung von der lichtdurchlässigen Elektrode auftritt, oder indem die Verstärkungsstreifen durch ein besonders aufgebrachtes Isoliermaterial von der darunterliegenden Halbleiterschicht getrennt sind. In Letzterem Falle ist die Herstellung solcher Zellen .erheblich erschwert, weil es erforderlich ist, das Isoliermaterial in einem besonderen Arbeitsgang aufzubringen. Außerdem ist es nicht möglich,: das Isoliermaterial nach der Aufbringung der lichtdurchlässigen Elektrode .aufzubringen, weil dann die Gefahr besteht, daß diese mechanisch sehr empfindliche Elektrode beschädigt wird und daß ferner die Verstärkungsstreifen stellenweise keinen elektrischen Kontakt mit der lichtdurchlässigen Elektrode erhalten, weil die lichtdurchlässige Elektrode verletzt ist oder weil der Isolierstreifen zu breit oder gegen den Verstärkungsstreifen etwas versetzt isst, was bei der Massenfabrikation leicht vorkommen kann. Bringt man aber das Isoliermaterial vor dem Aufbringen der lichtdurchlässigen Elektrode auf, so daß diese das Isoliermaterial bedeckt, so tritt leicht die Schwierigkeit auf, daß das Material der sehr dünnen lichtdurchlässigen Elektrode auf dem Isoliermaterial keine zusammenhängende dauerhafte Schicht bildet, so daß wieder Unterbrechungen in der metallischen Verbindung zwischen Verstärkungsstreifen und lichtdurchlässiger Deckschicht .auftreten.
Um diese Nachteile zu vermeiden und doch den direkten Ausgleich der Zellenspannung zwischen den Verstärkungsstreifen und der Zellengrundplatte über die dazlvischenliegende Halbleiterschicht zu vermeiden, werden erfindungsgemäß als Material der Verstärkungsstreifen. solche Metalle verwendet, welche mit dem Material der Halbleiterschicht chemische Verbindungen bilden, die einen verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstand besitzen. Durch die Verwendung dieser Metalle bildet sich entweder sofort oder allmählich zwischen den Verstärkungsstreifen und der Halbleiterschicht eine isolierende Schicht, durch welche der Stromübergang sehr .erschwert wird. Als Halbleitermaterial kommt in diesem Falle vorzugsweise Selen zur Verwendung.
In Abb.3 ist eine lichtelektrische Zelle in der erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt. Mit i ist die Grundplatte der Zelle bezeichnet, welche . aus Metall oder einem anderen leitfähigen Stoff besteht. Auf dieser befindet sich die Halbleiterschicht a und über dieser die lichtdurchlässige Elektrode q.. Letztere befindet sich in gutem elektrischem Kontakt mit dem aufgespritzten Metallring 3, welcher durch die sich zwischen ihm und der Halbleiterschicht a bildende Isolierschicht 6 von der Zellenoberfläche elektrisch isoliert ist. Die unter der lichtdurchlässigen. Elektrode q. ausgelösten Elektronen werden durch diese Elektrode dem Metallring 3 zugeführt und erzeugen zwischen diesem und der Grundplatte i eine Spannungsdifferenz, welche i11 einem äußeren Stromkreis nutzbar gemacht werden kann. Die Isolierschicht 6 verhindert hierbei, daß :ein Teil dieses Stromes auf dem Wege zwischen i und 3 durch die Halbleiterschicht hindurch verlorengeht. Durch die Erfindung wird .es ermöglicht, den Wirkungsgrad solcher Zellen erheblich zu verbessern.
Es ist für das Zustandekommen der erfindungsgemäßen Wirkung nicht notwendig, daß eine vollständige elektrische Isolierung zwischen Verstärkungsstreifen und Halbleiterschicht erzielt wird. Vielmehr genügt es, wenn die Isolierung so weit geht, daß der elektrische übergangswiderstand zwischen Verstärkungsstreifen und Halbleiterschicht im Verhältnis zu dem Widerstand des äußeren, an der Zelle liegenden Stromkreises groß ist.
Als Metalle in dem gedachten Sinne haben sich bewährt: Antimon, Baryum. Calcium, Magnesium, Zink, Cadmium und Aluminium.
Es hat sich gezeigt, daß die genannten Metalle sowohl einzeln als auch gemischt zur Anwendung kommen können. Ferner hat sich ergeben, daß eine genügende Wirkung erzielt wird, wenn an Stelle dieser Metalle eine Metallegierung zur Anwendung kommt, welche mindestens 3o v. H. dieser Metalle enthält. Bei der Verwendung von Magnesium oder Aluminium genügt ein Gehalt von 2o v. H. dieser Metalle. Bei der Verwendung dieser Metalle auf einer Halbleiterschicht aus Selen hat sich insbesondere eine Mischung von Magnesium und Aluminium bestens bewährt. Man erreicht beispielsweise ohne weiteres Zutun elektrische Widerstände zwischen den aufgebrachten Metallstreifen und der Halbleiterschicht in der Größenordnung von einigen hunderttausend Ohm.
Die Metallstreifen 3 werden zweckmäßig aufgespritzt, aufgedampft oder aufgestäubt. Um die Ausbildung der Isolierschicht zwischen den genannten Metallen und der Halbleiterschicht zu begünstigen, wird die Zellenplatte unter Umständen erwärmt.
Es wird noch bemerkt, daß der Vorteil, der durch die Beseitigung des Nebenschlusses unter den Metallstreifen 3 erreicht wird, besonders stark zur Geltung kommt, wenn der Widerstand des Nutzstromkreises hoch ist, da sich die Erfindung in .einer Erhöhung der Klemmenspannung der Zelle auswirkt.
In den Abbildungen sind die einzelnen Schichten der Zellen, um eine deutliche Darstellung zu erhalten, im Verhältnis viel dicker gezeichnet, als sie in Wirklichkeit sind. Insbesondere ist die zwischen den Verstärkungsstreifen und der Halbleiterschicht sitzende Isolierschicht 6 in der Zeichrnuna erheblich dicker dargestellt, als sie in Wirklichkeit ist. Ihre Dicke beträgt nur ganz kleine Bruchteile eines Millimeters. Ihre Überbrückung durch die dünne lichtdurchlässige Deckschicht 4 an dien Rändern der Verstärkungsstreifen, um die elektrische Verbindung dieser mit der Deckschicht herzustellen, macht daher keine Schwierigkeit. Diese Überbrückung bildet sich gleichzeitig, wenn die Deckschicht aufgebracht wird.

Claims

PATrXTAVSPRÜCFIR: i. Lichtelektrische Zelle mit Halbleiterschicht und auf dieser befindlicher lichtdurchlässiger Elektrode, die durch leitfähige, über der Halbleiterschicht sitzende dickere Streifen stellenweise zwecks Stro.mableitung verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer im wesentlichen aus Selen bestehenden Halbleiterschicht die auf dieser angebrachten Verstärkungsstreifen aus solchen Metallen bestehen, welche mit dem Selen eine isolierend wirkende chemische Verbindung bilden. z. Lichtelektrische Zelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstreifen aus Metallegierung bestehen, die mindestens 3o v. H. Metalle nach Anspruch i enthält. 3. Lichtelektrische Zelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Magnesium oder Aluminium oder beider die Metallegierung der Verstärkungsstreifen mindestens 2o v. H. dieser Metalle einzeln oder zusammen enthält. 4. Verfahren zur Herstellung lichtelektrischer Zellen nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenplatten nach Aufbringung der Verstärkungsstreifen .erwärmt werden zwecks besserer oder schnellerer Ausbildung der isolierenden Schicht zwischen Verstärkungsstreifen und Seelenschicht durch chemische Reaktion.