Селеновые фотоэлементы

Селеновые фотоэлементы

В 1876 г. Адамсом и Дэйем было открыто совершенно новое явление, не получившее в то время физического объяснения. Сущность этого явления заключалась в том, что при освещении палочки селена на ней возникала самостоятельная электродвижущая сила. Как это иногда бывает с новыми открытиями, об этом явлении скоро забыли и лишь в 30-х годах нашего столетия оно было открыто вновь, получило название фотоэффекта запорного слоя и нашло сразу же практический выход, став основой фотоэлементов с запорным слоем.

Первый фотоэлемент подобного типа был изготовлен из закиси меди и в течение ряда лет имел некоторое применение. Почти одновременно с ним был изобретен селеновый фотоэлемент, который получил значительно более широкое распространение и не потерял еще своего значения в наши дни.

Технология изготовления селенового фотоэлемента претерпела с момента его изобретения ряд изменений.

В принципе всякий фотоэлемент с запорным слоем, или, как его иначе называют, вентильный фотоэлемент, представляет собой систему, состоящую из металлической подложки, тонкого слоя полупроводника и верхнего металлического полупрозрачного электрода. В процессе изготовления вентильного фотоэлемента в районе подложки, либо в районе верхнего полупрозрачного металлического электрода должен обязательно образоваться запирающий слой.

Подложка будущего фотоэлемента выполняет две функции. С одной стороны, она является держателем хрупкого селенового слоя, предохраняющим его от механических повреждений, а с другой стороны, при ее посредстве осуществляется надежный электрический контакт. В связи с этим подложка должна быть массивной и делается из стального листа толщиной 1-2 мм. Сторона подложки в форме диска, на которую наносится селеновый слой, шлифуется или обрабатывается пескоструйным аппаратом для того, чтобы селеновый слой хорошо прилегал бы к стальному диску. Отшлифованная подложка тщательно промывается, высушивается и подвешивается внутри колокола вакуумной установки отшлифованной поверхностью вниз.

Селеновый слой наносится методом испарения в вакууме. Для этой цели под колоколом вакуумной установки устанавливается электронагревательная печь, выполненная из нихромовой спирали. Внутрь печи помещается небольшая стеклянная чашечка из молибденового стекла, куда загружается некоторое количество плавленого селена. Железный диск находится на расстоянии 70-100 мм от чашечки с селеном, по возможности посередине для равномерного нанесения слоя.

После того как под колоколом вакуумной установки устанавливается вакуум порядка 10^-4 мм рт. ст., через обмотку нагревательной печи пропускается ток с таким расчетом, чтобы находящийся в стеклянной чашечке селен быстро расплавился и начал испаряться. Затем сила тока в печи понижается до значения, обеспечивающего ровный ход испарения материала.

Для получения фотоэлементов с хорошими параметрами необходимо, чтобы толщина слоя полупроводника равнялась 0,1 мм.

Нанесение полупроводникового слоя методом испарения в вакууме обеспечивает точное получение заданной толщины слоя и хорошее его прилегание к шероховатой поверхности диска: летящие молекулы или атомы испаряемого вещества заполняют все мельчайшие углубления и шероховатости поверхности, в результате чего создается надежный электрический контакт с небольшим сравнительно значением величины переходного сопротивления на границе металл - полупроводник.

Нанесенный таким способом селен находится в аморфной модификации, имеет весьма высокое удельное сопротивление и еще не обладает нужными фотоэлектрическими свойствами. Поэтому на следующей стадии технологического процесса селен переводится из аморфной модификации в кристаллическую, обладающую большой светочувствительностью. Для этой цели диск с нанесенным на него селеном, вынутый из-под колпака, сразу вносится в печь, предварительно нагретую до температуры 160-170° С. Вскоре начинается кристаллизация селена, сопровождающаяся изменением его черной окраски на серую. После приобретения всей поверхности селена серой окраски накал печи повышается, ее температура доводится до 200-210° С и будущий фотоэлемент выдерживается в течение полутора-двух часов при этой температуре.

К верхнему полупрозрачному металлическому электроду предъявляются два основных требования. Во-первых, он должен быть достаточно прозрачен в соответствующей области спектра, и, во-вторых, во избежание бесполезных потерь должен обладать высокой электрической проводимостью.

Опыт показал, что наилучшие результаты получаются тогда, когда верхний электрод наносится методом катодного распыления.

При этом верхний электрод находится под высоким положительным потенциалом. Распыляемый материал, находящийся под отрицательным потенциалом, подвергается бомбардировке положительными ионами аргона вследствие возникновения газового разряда в колоколе, наполненном аргоном под давлением 0,1-0,15 мм рт. ст.

В процессе катодного распыления поверхность селена нагревается. Во избежание перегрева распыление ведется короткими периодами продолжительностью в 10-12с с перерывом по 3-5 мин.

Готовые, очувствленные диски фотоэлемента собираются в эбонитовую или пластмассовую оправку с выведенными наружу двумя зажимами.

См. также:

Солнечная батарея

Принципы работы фотоэлектрических преобразователей

Фотоэффект запорного слоя

русский / english

Главная >> Фотоэффекты, свет >> Селеновые фотоэлементы

Фотопроводимость

Фото ект запорного слоя

Солнечная батарея

Селеновые фотоэлементы

Селеновые фотосопротивления