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"CELLULES PHOTOVOLTAïQUES. -"
La présente invention concerne les dispositifs à décharge élec- trique et en particulier les cellules photoélectriques.
Le dispositif conforme à l'invention développe une force électro motrice qui varie avec la quantité de radiation incindente. De plus, le courant de court-circuit de ce dispositif est pratiquement proportionnel à l'intensité de radiation incidente.
Les autres objets et avantages de l'invention seront mieux com- pris en se référant à la description suivante ainsi qu'aux dessins ci-annexés dans lesquels
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La Fig.l représente en élévation un type d'élément photoélectri- que conforme à l'invention.
La Fig.2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig.l.
La Fig.3 représente une disposition de l'invention dans laquelle plusieurs éléments sont connectés électriquement en série.
On a découvert que lorsque de la lumière, ou bien certaines au- tres formes de radiations électromagnétiques, tombe sur des échantillons de certains métaux ou sur d'autres substances dont la surface est recouverte d'u- ne couche suffisamment minces de certaines substances physiques ou chimiques, une force électromotrice se développe en apparence au contact entre la couche et son support* Bien que le phénomène existe probablement à un degré plus ou moins grand, au contact de matières quelconques, il est particulièrement mar- qué à la surface de contact entre une plaque de cuivre et une couche d'oxyde cuivreux obtenue par oxydation et suffisamment mince que pour transmettre une quantité importante de la lumière Incidente., Un autre contact qui présente cet- te propriété à un degré marqué est un contact entre le sélénium et une couche mince,
transparente de surfure de sélénium. En prévoyant respectivement, sur la base conductrice et sur la face exposée de la mince couche de matière, des contacta permettant de raccorder les conducteurs d'un circuit électrique exté- rieur, les éléments décrits plus haut peuvent servir de sources de forces' élec- tromctrices capables d'engendrer des courants pouvant âtre utilisés à des fins générales quelconques. Comma l'amplitude de la force électromotrice varie avec l'intensité de la radiation incidente, les courants obtenus peuvent servir de mesure à ces radiations ou bien commander des relais en fonction de l'intensité de ces radiations.
Cependant, si on désire obtenir des courants importants, il est nécessaire que'les contacts électriques avec la surface mince exposée soient de dimensions suffisantes. Ordinairement, les contacts électriques sont réali- sés au moyen de plaques ou de feuilles de métal, mais, jusqu'à.présent, les difficultés résident en ce que les feuilles métalliques d'épaisseur appréciable sont opaques à la lumière. Ainsi, les plaques métalliques de contact arrêtent les radiations incidentes avant qu'elles n'aient la chance d'atteindre la cou- che mince et de donner naissance à la force électromotrice dont il est parlé plus haut.
La présente invention concerne les moyens de réaliser les con-
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tacts électriques avec la surface exposée de la couche mince au moyen de subs- tances solides conductrices suffisamment transparentes* Dans ce but, on em- ploie des matières connues sous le nom de "gelées" qui comprennent des combi- naisons de liquide tels par exemple que des solutions aqueuses de sels avec certaines substances telles que la gomme agar-agar ou sanalogue. On connut déjà des substances qui sont capables de former des "gelées" transparentes suffisamment solides à température ordinaire et même à température supérieure ou m me avec des solutions de sels ou d'autres liquides conducteurs transpa- rents.
On peut mentionner, comme exemple, la gélatine Knox ou bien la colle forte ordinaire*
11 convient naturellement que la "gelée" soit chimiquement iner- te vis-à-vis de la couche mince avec laquelle elle fait contact et qu'aucune particule opaque ou précipitée ne puisse s'y tonner sous l'action des radia- tions incidentes. Bien qu'il ne soit pas nécessaire que la "gelée" soit abso- lument rigide, il convient qu'elle soit très visqueuse aux températures de fonctionnement pour éviter de devoir enfermer la dispositif photo-électrique dans un récipient imperméable aux liquides et de devoir le préserver lorsqu' on l'utilise dans une position verticale.
Dans la plupart des cas, il faut na- turellement prévoir des moyens évitant l'évaporation de l'eau ou du solvant utilisé dans la fabrication de la gelée en enfermant par exemple le dispositif dans un récipient fermé approprié raisonnablement imperméable muni de parois transparentes.
On voit, à la Fig.l, une feuille conductrice 1 couverte d'une couche de matière telle qu'une force électromotrice est engendrée lorsque la 8.face est frappée par des radiations électromagnétiques. par exemple, la pla- que peut titre faite en cuivre du Chili sur laquelle on a formé une couche mince suffisamment transparente d'oxyde cuivreux Cu2O. Cette couche peut âtre obtenue on chauffant le cuivre au contact de l'air pendant environ huit minutes à une température approximative de 1000 ; en introduisant alors le métal pendant en- viron trois minutes dans un four chauffé à 500 , après quoi la plaque est in- média@tement plongée dans l'eau à température ambiante.
La surface du cuivra s'est ainsi couverte d'une coucha d'oxyde cuivrique noir CuO et d'une sous- couche d'ox,yde cuivreux. L'oxyde cuivrique peut âtre enlevé facilement soit au jet de sable ,soit par décapage dans une solution d'acide sulfurique ou d'un autre acide approprié. Le contact du circuit extérieur avec la couche de
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cuivra peut être fait en enlevant tout l'oxyde en un point 2. Un bord ou cadre rectangulaire en plomb 3 laissant dans sa partie centrale une bonne partie de la surface de la couche d'oxyde rouge est placé en contact avec la couche d'oxyde et isolé soigneusement du cuivre. Le second contact du circuit extérieur est pris en 4 sur le cadre en plomb 3.
Pour assurer un contact électrique avec la surface de l'oxyde rouge se trouvant au centre du cadre 3, la portion centrale ouverte de ce der- nier est remplie au moyen de gelée chaude 5. Après refroidissement et solidifi- cation, la gelée assure un contact par ses bords avec le cadre en plomb 3 et par une de ses faces avec la surface d'oxyde rouge de cuivre. La lumière tombant sur la couche de gelée atteint facilement l'oxyde de cuivre et développe une force électromotrice à sa jonction avec la base de cuivre. Cette force électromotrice déterminée la circulation d'un courant dans le circuit extérieur 4 à travers la surface exposée d'oxyda de cuivre de la couche de gelée, le cadre'en plomb et la base en cuivre.
Dans une réalisation de l'invention ayant donné satisfaction, le cadre en plomb 3 forme un bord rectangulaire d'environ 6 m/m. de large et 3 m/m. d'épaisseur; la plaque de cuivre peut avoir 5 c/m. de long sur 2,5 s/m. de large et une épaisseur d'1,5 m/m. et dépasser le rectangle en plomb d'envi- ron 3 m/m. autour de celui-ci. On à constaté qu'un tel élément produit une force électromotrice d'environ'0,5 volt lorsqu'il est soumis à un éclairement de lumière blanche d'environ 500 lux, la force électromotrice tombant d'environ 0,3 volt lorsque l'éclairement tombe à 100 lux.
Lorsque la gelée possède une conductibilité d'environ 645 ohms par cm2 de contact avec la couche d'oxyde, on a constaté que le courant de court-circuit de l'élément décrit plus haut est pratiquement proportionnel à l'intensité de la lumière incidente.
Suivant une méthode préférée de l'invention,la gelée peut être formée d'une solution aqueuse contenant 1% en poids de nitrate de plomb mélangé avac une quantité suffisante d'agar-agar pour former une solution non saturée.
La concentration peut varier dans de larges limites, la limite à observer dé- pendant le,la concentration en électrdyte dans la gelée qui doit être suffisante pour que la résistance de la gelée soit faible par rapport à celle de la cellu- le entière terminée. On a obtenu des résultats satisfaisants avec environ 2% d'agar-agar en poids d'eau utilisé. La résistance de la cellule peut naturelle-
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ment être mesurée par les marnas méthodes qui sont utilisées généralement pour mesurer les résistances internas des batteries.
En doublant la concentration de la gelée en sel, on diminue pratiquement sa résistance de moitié.-'.Comme on l'a dit plus haut, on a obtenu un fonctionnement satisfaisant en utilisant une concentration correspondant à une résistivité d'environ 645 ohms par cm.2 de' surface d' oxyde.
Parmi les sels formant des élactrblytes en solution aqueuse qui peuvent convenir, on peut mentionner le nitrate d'étain et en général les sels de plomb, de zinc, d'étain et de cuivre à radicaux acides n'attaquant pas pra- tiquement ni la gelée, ni la couche d'oxyde de cuivre. L'eau oxygénée et marna l'eau ordinaire ont donné satisfaction dans beaucoup de cas.
La cellule sensible à la lumière décrite plus haut peut naturel- lement être connectée dans presque tous les circuits ordinaires de relais élec- triques et peut même. lorsqu'il faut effectuer des lectures, 'être connectée ene directement en série avec un millii-voltmètre et utilisée pour messurer des in- tensités lumineuses. Le courant ou la tension peuvent être utilisés aussi pour con- treêler le potentiel de grille d'un tube à vide ou de triodes à remplissage ga- zeux bien connus dans la technique et les circuits de sortie de ces tubes peu- vent être employés à dives usages.
A la Fig.3, est représentée une disposition connectant un nombre donné de dispositifs sensibles à la lumière en série de manière à additionner leurs forces électromotrices. Dans cette figure, 6 représente des tiges en oui- vre du Chili oxydées comme il a été dit plus haut et couvertes d'une mince cou- che transparente d'oxydes cuivreux et dont une portion 7 de la longueur est cou- verte d'une mince couche de plomb ou d'autre métal électriquement conducteur faisant cnntact avec la couche intérieure de cuivre. Un certain nombre de ces éléments sont placés côte à côte sur une base isolante,par exemple en les collait à la schellac sur une plaque en verre 8, leurs extrémités étant alternativement renversées comme le montre le dessin.
Au moyen d'une pipette, on dépose les glo- -bules 9 dé gelée d'agar-agar de composition analogue à celle qui a été indiquée ¯ plus haut, de manière à relier alternativement deux à deux les extrémités des bâtonnets. Les contacts du circuit extérieur sont faits aux extrémités libres du premier et du dernier élément. L'éclairement de l'ensemble développe des forces électromotrices aux ,jonctions entre le cuivre et la couche d'oxyde de ---Il..
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chaque élément et suivant les connexions indiquées, ces forces électromotri- ces shajoutent et leurs effets peuvent être utilisés pour contrôler des re- lais appartenant au circuit extérieur de la manière décrite précédemment à propos de l'élément unique de la Fig.l.