CH294869A - Optisch-elektrischer Wandler mit einer lichtdurchlässigen Metallelektrode und Verfahren zu seiner Herstellung. - Google Patents

Description

  Optisch-elektrischer Wandler mit einer lichtdurchlässigen Metallelektrode und Verfahren  zu seiner     Herstellung.            Optisch-elekt.risehe        Wandler,    wie beispiels  weise     Sperrschicht-Photoelemente    und andere  auf Licht ansprechende elektrische     Instru-          mente,    weisen dünne,     liehtdurehlässige    Metall  elektroden auf, welche eine möglichst hohe  elektrische Leitfähigkeit und eine möglichst  gute Lichtdurchlässigkeit besitzen müssen, um  dem     Wandler    einen guten     )Virkungsgrad        zii     verleihen.  



  Als Metallelektroden werden z. B. bei  Photoelementen besonders dünne Goldschich  ten angewandt, da ihre     Leitfähigkeit    sehr gut  und ihre chemische Beständigkeit. ausseror  dentlich     lioeh    ist. Dünne     Goldsehiehten.    dieser       Art        haben        eine        Durchlässigkeit        von        etwa        50%     des einfallenden Lichtes, Hierbei     beträgt.    die  Absorption durch die     Goldschielit    selbst nur       ungefähr        15%,

          während        die        restlichen        35%     durch Reflexion in Verlust geraten. Die     Re-          flexionsverluste    treten vor allen) an der dein  einfallenden Licht zugewandten Oberfläche  der Goldschicht auf.  



  Die sieh damit. ergebende Aufgabe einer  massgeblichen Erhöhung des     Wirkungsgrades     derartiger     optisch-elektrischer        Wandler    mit  lichtdurchlässiger Metallelektrode     wird    durch.

    eine Ausbildung derselben<U>gelöst,</U> die     siele     erfindungsgemäss dadurch kennzeichnet,     dass     auf der     dein    einfallenden Licht zugewandten  Oberfläche der Elektrode     mindestens    eine       dielektrisehe        Deekschieht    angeordnet ist,  deren Dicke und Brechzahl so gewählt sind,    dass die an den Grenzflächen zwischen Luft  und Deckschicht einerseits und die zwischen  Deckschicht und     Elektrode    anderseits reflek  tierten Komponenten des einfallenden Lich  tes sieh für eine in der Mitte des Übertra  gungsbereiches liegende     Frequenz    infolge In  terferenz gegenseitig mindestens angenähert  aufheben.  



  Weist die     @eliielit    aus einem     Dielektrikinn     oder aus     mehreren        Eielektriken    dabei eine  Dicke auf, die gleich     einem.    Viertel der Wel  lenlänge des einfallenden Lichtes im     Dielek-          trikum.    von einer in der Mitte des     L        bertra;

            Zungsbereiehes    liegenden Frequenz ist, so er  halten die erwähnten Komponenten eine Pha  senverschiebung von einer halben Wellen  länge, so     class    sie sieh bei gleicher Grösse völlig  auslöschen, womit die     Reflexion    zu     -Null    wird.  Das gleiche wird erreicht, wenn die Dicke der  Schicht einem ungeraden Vielfachen des ge  nannten Wertes     entspricht.    Werden als der  artige     Eielektriken    mechanisch und chemisch  widerstandsfähige Stoffe gewählt, so besteht.

    die     llögliehkeit,    die Metallelektrode ausser aus  Gold und Silber auch aus elektrisch gut lei  tungsfähigen, aber gegenüber     Atmosphärilien     weniger     beständigen    Stoffen, wie Kupfer und  Kupferlegierungen, herzustellen.<B>E</B>s ist jedoch  nicht     erforderlich,    die     Dielektrikunisehicht     als     Sehutzschieht    auszubilden. Es können auf  der     Deeksehieht    auch Schutzschichten ange  ordnet. sein, wobei diese so     auszubilden    sind.

    dass sieh an den reflexionsvermindernden oder      -beseitigenden Eigenschaften der     dielekti-i-          schen    Deckschicht nichts ändert.  



  Unter mechanischer Widerstandsfähigkeit  wird hier und im folgenden die Eigenschaft  einer Schicht     verstanden,    gegen Reiben     finit     Tüchern, beständig zu sein, während unter  chemischer Widerstandsfähigkeit die Bestän  digkeit gegen den Angriff     i-on        Atmospliär        ilien     verstanden wird.  



  Das erfindungsgemässe     Herstellungsver-          fahren    für einen erfindungsgemässen optisch  elektrischen     Wandler    mit     lielitdurelilässiger     Metallelektrode kennzeichnet. sieh dadurch,  dass auf der dem einfallenden Licht zuge  wandten Begrenzungsfläche der     liclitdureli-          lässigen        lIetallelektrode    wenigstens eine aus  mindestens einem     Dielektrikum    bestehende  Schicht erzeugt wird, deren Brechzahl und  Dicke so gewählt sind, dass die an der Grenz  fläche zwischen Luft.

   und     Dielektrikum    sowie  die an der     Crenzfläehe        zwischen        Dielektrikum     und     Metallelektrode        reflektierten    Komponen  ten des einfallenden Lichtes sieh für eine in  der Mitte des Ü     bertragungsbereiches    liegende  Frequenz mindestens angenähert aufheben.  



  Das wird dadurch erreicht,     dass    die Dicke  des     Dielektrikums    auf ein Viertel der     Wellen-          länge    des einfallenden Lichtes von einer in  der Mitte des     Übertragungsbereiches    liegen  den Frequenz oder auf ein ungerades Viel  faclies dieses     Viertels    bemessen wird.  



       _11s        Dielektrika    können beispielsweise     1Ie-          talloxyde,    ferner     Siliziumoxd        (SiO.)    oder  auch     Siliziummonoxy-d        (Si0),        lIetallfluoride,     wie     Magnesiumfluorid        (ligF"),        lIetallsulfide,     wie Zinksulfid     (ZnS),        Metallphosphide    oder  andere geeignete -Metallverbindungen aufge  bracht     %verden.     



  Zum Aufbringen der     Deekscliieht    ist. Ver  dampfen im Vakuum und Niederschlagen auf  der     Metallelektrode    besonders geeignet, ohne  dass andere     Aufbringungsverfahren    ausge  schlossen wären. Ebenso kann die dünne, licht  durchlässige Metallelektrode durch Aufdamp  fen im Vakuum, durch     Kathodenzerstäubung,          durch    chemische Zersetzung oder     therinisehe     Behandlung erzeugt werden.

      Praktische     Versuelie    haben gezeigt,     dass     durch Aufbringen einer     dielektrisehen,    prak  tisch absorptionsfreien Schicht auf der dein  einfallenden Licht     zugewandten        Begrenzungs-          fläche    einer teildurchlässigen Metallschicht  eine Unterdrückung der Reflexion auf Werte  eintritt, die annähernd Null betragen. Aus  energetischen Gründen steigt wegen der so  erzielten Verringerung der     Reflexion    die  'Durchlässigkeit des gesamten Gebildes, die  nur durch die Absorption der metallischen  Schicht begrenzt ist.

   Die auf diese Weise  erzielte Verbesserung der Lichtausbeute ist  beträchtlich, und es ist klar, dass dabei auch  der Wirkungsgrad eines mit einer derartigen  Elektrode ausgerüsteten     optiseh-elektrischen          Wandlers    steigt. Wegen der erzielten besseren  Lichtausbeute kann ohne beachtliche Steige  rung der Absorption die metallische Elek  trode wesentlich dicker als bisher gemacht  werden, so dass ihr elektrischer     'V#@'iderstand     sinkt. Dann kann der über die     Leitersehieht     entstehende Querwiderstand gegenüber dem       Längswiderstand    der     Sehieht        vernachlässigt     werden.

   Durch die beschriebenen Massnahmen  ist es möglich, die Empfindlichkeit elektrisch  optischer     Wandler    und solche enthaltender  Instrumente     bedeutend    zu steigern.  



  Vor allem ist. es möglich, in den     Bereieli     des linearen Zusammenhanges zwischen ein  fallender     Lielitintensität    und erzeugtem Foto  strom zu kommen. Es gab bisher keine     Mög-          licllkeit,    Wandler mit diesem     linearen    Zusam  inenhang planmässig herzustellen.

   Es mass  ten vielmehr aus der Produktion derartiger       Wandler    solche herausgesucht      -erden,    die  zufällig so ausgefallen waren, dass die Schicht  stärke gerade auf der Grenze zwischen eben  noch hinreichender Lichtdurchlässigkeit einer  seits und einigermassen     ausreichender        Lineari-          tät    anderseits lag. Das war aber nur bei  einem verhältnismässig geringen Bruchteil in  einer Serie erzeugter Elemente der Fall, so  dass     Wandler    mit linearem Zusammenhang  deshalb kostspielig waren, weil sie die Kosten  der gesamten Serie tragen massten.

   Die Er  findung eröffnet den Weg, den Lichteinfall  durch Verminderung des hohen Reflexions-           cermögens    der metallischen Elektrode so zu  steigern, dass man sie wesentlich dicker ma  chen kann als bisher, weil noch genug Licht  durchgelassen wird. Dadurch aber sinkt der  elektrische Widerstand auf den Wert, bei  dem sämtliche erzeugten Wandler die ge  wünschte     Linearität    zwischen Licht und  Strom     aufweisen.     



  Es könnten auch mehrere     dielektrisclle     Schichten übereinander angeordnet sein, um  bestimmte, weitere optische Effekte     zli    er  zielen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Optisch-elektriseher Wandler mit einer liehtdurchlässigen Metallelektrode, dadurch ,ekennzeiehnet, dass auf der dem einfallen den Lieht. zugewandten Oberfläche der Elek trode mindestens eine dielektrisclie Deck- seilicllt. angeordnet, ist, deren Dicke und Brechzahl so bestimmt sind,

   dass die an den Grenzflächen zwischen Luft und Deckschicht einerseits und mischen Decksehicht und Elektrode anderseits reflektierten Komponen ten des einfallenden Lichtes sich für eine in der Mitte des Cbertragungsbereiches liegende Frequenz infolge Interferenz mindestens an genähert aufheben.

   1I. Verfahren zur Herstellung von optisch elektrischen Wandlern nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem einfallenden Licht zugewandten BegTenzungs- fläclie der lichtdurehlässigen Metallelektrode wenigstens eine aus mindestens einem Dielek- trikuni bestehende Schicht erzeugt wird, deren Brechzahl und Dicke so gewählt werden,

   dass die an der CTrenzfläche zwischen Luft und Dielektrikuni sowie an der Grenzfläche zwi schen Dielektrikum und Metallelektrode reflektierten Komponenten des einfallenden Liehtes sieh für eine in der Mitte des Über- tragungsbereiches liegende Frequenz minde stens angenähert aufheben. UNTERANSPRÜ CIIE 1.

   Wandler nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht vorhanden ist, welche eine Dicke aufweist, die gleich einem Viertel der Wellenlänge des einfallenden Lichtes im Dielektrikuin einer in dem Mitte des Übertrab ingsbereiches liegen den Frequenz ist.. '?. Wandler nach Patentansprueh I, da durch gekennzeichnet, dass die Dicke der dielektrischen Deckschicht einem ungeraden Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge des einfallenden Lichtes im Dielektrikum einer in der Mitte des Übertragungsbereiehes liegen den Frequenz entspricht.

   @. Wandler nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die lichtdurchläs sige Metallelektrode Kupfer enthält. 4. Wandler nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, d'ass die Deckschicht. aus mehreren Dielektriken besteht. 5. Wandler nach Patentansprueh I, da durch gekennzeichnet, dass die Deckschieht aus einem mechanisch und chemisch wider standsfähigen Dielektrikum besteht. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, da.ss die Dicke des Di- elektrikums auf ein ungerades Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge des einfallen den Lichtes im Dielektrikum einer in der Mitte des Übertragungsbereiches liegenden Frequenz bemessen wird. r. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass als lichtdurchläs sige Metallelektrode eine Kupfer enthaltende Schicht aufgebracht wird.