Batterie de cellules photoélectriques et procédé de fabrication de cette batterie. La présente invention comprend une batterie de cellules photoélectriques semi- conductrices du type à couche d'arrêt, et un procédé de fabrication d'une telle batterie.
Jusqu'à maintenant, l'emploi de ces cel lules a été tant soit peu limité par suite des difficultés rencontrées pour amplifier leur effet au moyen de tubes amplificateurs. Ces difficultés sont dues en partie à la faible résis tance interne (le ces cellules et. en partie à. la faiblesse du voltage qu'elles fournissent.
La résistance interne peut être augmentée dans une certaine mesure en employant des cellules de petite dimension. Pour augmenter le voltage fourni, on a proposé de relier en série plusieurs de ces petites cellules, mais ceci n'a jamais été exécuté industriellement. par suite des difficultés d'assemblage et de cou plage en série des petites cellules, sous forme d'une unité donnant satisfaction tant au point de vue mécanique qu'aux points de vue élec trique et optique.
La présente invention a pour but de réa liser une batterie de plusieurs de ces petites cellules, reliées en série, qui soit facile à cons truire et qui soit. satisfaisante aux points de vue mécanique, électrique et optique.
La batterie selon l'invention est caracté risée en ce qu'elle comporte une base isolante commune à toutes ses cellules, base sur la quelle des couches bonnes conductrices sont filées à intervalles, couches sur lesquelles des couches semi-conductrices sont disposées, des couches métalliques transparentes recouvrant les couches semi-conductrices, les cellules ad jacentes étant reliées électriquement.
Le procédé de fabrication d'une telle batte rie est. caractérisé en ce que, pour toutes les cellules, on applique tout. d'abord, sur une base isolante commune, une couche bonne con ductrice divisée en cellules séparées les unes des autres, puis en ce que l'on dispose sur ces cellules une matière semi-conductrice et en ce que l'on applique un métal transparent sur toutes les cellules. La liaison électrique entre la couche supérieure de chaque cellule, c'est- à-dire la couche métallique transparente et la couche semi-conductrice de la. cellule sui vante, pour que toutes les cellules soient re liées en série, peut être obtenue par la couche supérieure et alors réalisée lors de l'appli cation de cette couche supérieure.
Cette liaison électrique peut être exécutée de trois manières principales. Selon une de ces manières, on dispose une couche collec trice bonne conductrice au-dessous de chaque couche semi-conductrice et cette couche col lectrice s'étend dans une direction au-delà de la couche semi-conductrice, puis la couche transparente supérieure est également pro longée dans une direction au-delà de sa couche semi-conductrice, de telle manière que ce pro- longement recouvre le prolongement de la couche inférieure ou collectrice de la cellule adjacente et fait électriquement contact avec ce prolongement.
Selon une autre manière de ces manières, la couche supérieure transparente de chaque cellule est prolongée au-delà de sa couche semi-conductrice, de telle sorte qu'elle re couvre la couche semi-conductrice de la<B>cel-</B> lule adjacente et fait électriquement contact avec cette couche semi-conductrice.
Enfin, selon une troisième manière, la couche supérieure transparente de chaque cel lule ne s'étend que sur la couche semi-condue- trice et ne recouvre qu'une partie de celle-ci. Un organe de connexion indépendant des couches et en lui métal conducteur relie élec triquement la couche supérieure d'une cellule à la couche semi-conductrice de la. cellule ad jacente.
Evidemment, selon les deux premières ma nières et sauf disposition contraire, le re couvrement par chaque couche supérieure de la. couche semi-conductrice de la cellule adja cente. formerait une couche d'arrêt indési rable, en opposition de la couche principale d'arrêt, entre ladite couche supérieure et sa propre couche semi-conductrice, et, bien que la surface de cette couche d'arrêt indésirable soit beaucoup plus petite que celle de la couche principale d'arrêt, elle abaisserait la puissance totale d'une manière indésirable.
En vue d'éviter cet inconvénient, l'un, plusieurs ou même tous les expédients suivants peuvent .être adoptés: a) La partie de la couche supérieure d'une cellule A qui recouvre la couche semi-conduc trice de la cellule adjacente B peut être non transparente ou, tout au moins, moins trans parente que la partie qui recouvre la couche semi-conductrice de la cellule A. Ceci peut être obtenu-en construisant ladite partie re- couvrante plus épaisse ou en la recouvrant d'une matière non transparente.
b) Une matière conductrice peut être pré vue entre ladite partie recouvrante de la couche supérieure et la couche semi-conduc trice adjacente qu'elle recouvre; cette ma- tière rend la couche de blocage non désirée, moins stable ou moins effective, ou élimine totalement cette couche de blocage non dé sirée. Un exemple d'une telle matière est le graphite, lorsque le semi-conducteur est de l'oxyde cuivreux.
c) La partie de la couche semi-conductrice qui est recouverte par la couche adjacente supérieure, peut être traitée de telle manière que, pratiquement, aucune couche de blocage non désirée n'est créée. Dans le cas où le semi conducteur est du sélénium, ceci peut être réa lisé par polissage.
d) La couche supérieure peut être cons tituée par deux couches superposées de mé taux différents, choisis pour donner à cette couche l'effet de blocage le plus complet, la couche supérieure seulement de ces deux couches étant prolongée polir recouvrir la couche semi-conductrice de la cellule adja cente, de telle sorte que la couche de blocage non désirée est moins active que la. couche principale de blocage.
e) Enfin, la cauehe de blocage non désirée peut être détériorée par un vieillissement forcé.
Dans le cas où chaque couche supérieure recouvre la couche semi-conductrice adja cente, comme il vient d'être décrit, il est également préférable d'avoir une bonne couche conductrice au-dessous de chaque couche semi-conductrice, vu que ceci augmente la conductibilité entre ladite couche supérieure et les parties plus éloignées de ladite couche semi-conductrice adjacente.
Lorsqu'on a plusieurs rangées parallèles de cellules élémentaires, des liaisons peuvent être faites entre des cellules d'extrémité adja centes des rangées voisines, de la même ma nière qu'entre des cellules de la même rangée. On remarquera que, dans ce cas, la prolonga tion de la couche supérieure .de la cellule d'ex trémité d'une rangée aura la forme d'une lan guette s'étendant latéralement, recouvrant soit la prolongation de la couche inférieure de la cellule d'extrémité de la rangée adjacente, soit la partie appropriée de la couche semi- conductrice de ladite cellule d'extrémité de la rangée adjacente.
Ceci implique que la position de la sur face active de chaque cellule élémentaire, par L'apport à la connexion de celle-ci à la cellule suivante de la rangée, soit inversée d'une ran- g6e à la suivante. Des bandes de contact, ne nécessitent d'être appliquées qu'à la première et à la dernière unités seulement. <B>(le</B> renversement d'une rangée à l'autre de la position des surfaces actives des cellules par rapport à leurs connexions, présente quel quefois des inconvénients. Par exemple, il rend la construction du cache, employé comme dé crit ci-après pour l'application des couches su périeures, plus compliquée.
Dans quelques cas, il peut pour cela être préférable que ces positions relatives soient les mêmes pour toutes les rangées et que la liaison en série des différentes rangées au moyen de conduc teurs externes soit effectuée de n'importe quelle manière désirée. Avec cette disposition, des bandes de contact sont nécessitées à chaque extrémité de chaque rangée et des bandes de contact d'extrémité opposées des rangées adjacentes sont reliées par des con ducteurs externes.
En particulier, dans le cas on les couches semi-conductrices sont en sélénium, les couches sous-jacentes bonnes conductrices peuvent. être appliquées à la plaque de sup port isolante en projetant à chaud ou à froid, c'est-à-dire par évaporation ou pulvérisation, du platine sur les places appropriées, ou bien ces couches sous-jacentes peuvent prendre la forme de petites plaques de métal, par exem ple en acier.
Dans le cas où le semi-conduc teur est en oxyde cuivreux, les couches sous- jacentes bonnes conductrices pourraient avoir la forme d'îlots de cuivre déposés par exemple électrolytiquement, et l'oxyde cuivreux prévu sur ceux-ci pourrait. être formé par le pro cédé habituel d'oxydation.
L'application de la couche supérieure sera. de préférence exécutée de la manière habi tuelle par évaporation ou projection de mé tal, par exemple d'or. Il est préférable que la surface totale de la batterie, avant l'application des couches supérieures, soit pratiquement plane. Un moyen pour obtenir ce résultat est de prévoir dans la plaque-support isolante habituelle des enfoncements peu profonds pour maintenir les couches semi-conductrices ainsi que les couches sous-jacentes bonnes conductrices, lorsque celles-ci sont employées. Avec cette disposition, si chaque couche supérieure doit.
recouvrir le prolongement de la couche adja cente sous-jacente, les couches sous-jacentes peuvent avoir la forme de plaques métal liques fixées dans les enfoncements, chaque plaque étant plus épaisse vers l'un de ses bords, de manière à constituer une bande étroite qui se trouve à fleur de la. surface de la plaque-support commune. Les couches semi- conductrices, par exemple en sélénium, sont ensuite placées sur les parties minces princi pales des plaques respectives, de faq.on à, se trouver également.
à niveau avec la surface de la plaque-support commune, et finalement, lorsque chaque couche supérieure est appli quée, elle est. prolongée de manière à recou vrir la mince bande indiquée ci-dessus de la couche conductrice adjacente sous-jacente.
Si la couche sous-jacente est obtenue par projection, elle peut être prévue pour recou vrir non seulement le fond de l'enfoncement, mais également une des parois et une partie de la surface adjacente de la plaque-support commune, en direction de la cellule suivante.
La couche semi-conductrice est. alors placée dans l'enfoncement à niveau de la surface de la plaque-support commune, et lorsque chaque couche supérieure est.
ensuite appliquée, elle est prolongée de manière à recouvrir la partie de la couche sous-jacente adjacente, qui est prolongée sur la surface de la plaque-support commune. On remarquera. que, dans chacune de ces dispositions, il faut prendre soin d'em pêcher la couche supérieure d'entrer en con tact avec la couche sous-jacente de sa propre cellule.
Lorsque des enfoncements sont. prévus comme indiqué, les couches semi-conductrices, par exemple en sélénium, peuvent être appli- quées simultanément à toute la batterie et un traitement par la chaleur et/ou la pression peut être appliqué à la batterie d'une manière bien connue. Si la matière isolante constituant la plaque-support est bien choisie et conv e-. nablement traitée, aucune particule de sélé nium n'adhérera à la surface supérieure de la plaque de support entre les enfoncements.
Si ceci n'est pas le cas, l'excès de sélénium peut facilement être enlevé par polissage ou grat tage.
Si des enfoncements ne sont pas prévus pour recevoir les couches semi-conductrices et les couches sous-jacentes, les espaces entre lesdites couches semi-conductrices, avec leurs couches sous-jacentes, doivent de préférence être remplis avec une matière non conductrice comme du mastic, de la cire, une laque, etc. De toute façon, les couches semi-conductrices peuvent toutes être appliquées simultané ment.
Une méthode d'application des couches semi-conductrices consiste à appliquer -une seule couche sur toute la surface de la plaque de support et à la diviser par découpage en des couches individuelles. A nouveau dans ce cas, les coupures doivent être remplies avec une matière isolante appropriée.
Dans le cas où aucun enfoncement n'est prévu et où la matière semi-conductrice est du sélénium, les couches individuelles en sélé nium isolées peuvent être produites en appli quant d'abord une seule couche de sélénium sur la totalité de la plaque-support et en trai tant cette couche de la manière habituelle, puis ensuite en retransformant une grille ou un réseau de sélénium dans sa forme isolante amorphe,
de manière à laisser les couches semi-conductrices de sélénium isolées par 1a grille ou le réseau de sélénium amorphe iso lant. Cette seconde transformation peut être effectuée en pressant une grille ou un réseau en acier chauffé entre 300 et 400 C, pendant un court laps de temps, sur la surface de sélé nium.
Lorsque des couches inférieures conduc trices sont prévues, celles-ci seront évidem ment appliquées en premier lieu -et dans des positions telles que les espaces entre elles coïncideront avec la grille de sélénium isolé reconverti.
Les couches supérieures sont de préfé rence appliquées simultanément. Elles peuvent être facilement appliquées sur les régions-vo#u-_- lues, en employant un cache approprié en forme de grille.
La plaque-support peut être en une ma tière isolante de l'électricité ayant des pro priétés mécaniques et chimiques appropriées, telle que de la. porcelaine ou du verre, ou bien elle peut consister en un noyau métallique recouvert d'une couche de matière isolante. Elle peut, par exemple, être en aluminium recouvert \d'une couche d'oxyde obtenu par traitement anodique ou en acier émaillé.
Pour assurer un bon contact mécanique et une ad hésion suffisante entre ladite plaque-support et les couches semi-conductrices ou les couches conductrices inférieures, et également un bon contact électrique entre les couches conduc trices inférieures et les couches semi-conduc trices dans le cas où les premières sont obte nues par pulvérisation, les parties appropriées ou la totalité de la plaque-support peuvent être rendues rugueuses par mordançage, par projection de sable ou d'une autre manière.
En ce qui concerne les couches d'arrêt, on s'est conformé simplement à la théorie cou rante sur les cellules -de ce type.
Pour que l'invention puisse être plus com plètement comprise, plusieurs formes d'exé cution de la batterie à cellules multiples selon l'invention seront décrites maintenant en se référant au dessin annexé, donné à titre d'exemple, dans lequel: La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une de ces batteries, la coupe étant faite selon la ligne I-I de la fig. 2.
La fig. 2 est une vue en plan de ladite batterie.
Les fig. 3, 4, 5, 6 et 7 sont des vues ana logues à la fig. 1, mais représentant d'autres formes d'exécution.
Les fig. 1 et 2 représentent une batterie dans laquelle la première des trois manières principales décrites ci-dessus est employée pour relier la couche transparente supérieure de chaque cellule à la couche semi-conductrice de la cellule suivante; c'est-à-dire que chaque couche supérieure recouvre un prolongement. d'une couche inférieure ou collectrice de la cellule suivante.
Ainsi, le chiffre de réfé rence 1 désigne la plaque-support. isolante commune, \?, les couches inférieures ou collec trices, 3, les couches .semi-conductrices, par exemple en sélénium, et 4, les couches supé rieures transparentes, par exemple en or. On voit que la plaque-support isolante 1 présente des enfoncements peu profonds et que les couches ? ont la forme de plaques métalliques, par exemple en acier, chacune de ces plaques étant épaissie près de l'un de ses bords, comme représenté,<B>(le</B> manière à constituer une bande étroite (lui est de niveau avec la sur face de la plaque 1.
Les couches semi-conduc- trices 3 sont alors disposées au-dessus des par ties principales relativement minces des plaques 2, de manière à être également à ni veau avec la surface de la plaque 1.
Finale ment, les couches 4 supérieures transparentes sont appliquées et chacune de celles-ci, qui évite soigneusement de faire contact avec la couche 2 sous-jacente de sa propre cellule, s'étend clé manière à recouvrir la bande épaissie de la couche 2 adjacente, comme re présenté.
On remarquera, ainsi qu'il est dé- erit jusqu'ici, que les plaques 2 sont en pre mier lieu fixées dans les enfoncements, les couches 3 semi-conductrices sont ensuite appli- quées simultanément à toutes les cellules et soumises à un traitement à chaud et/ou sous pression, et que finalement, les couches 4 transparentes supérieures sont appliquées, simultanément également, par évaporation ou projection de métal à travers les ouvertures d'un cache en forme de grille.
On verra que, dans la disposition parti culière décrite, il existe deux rangées paral lèles de six cellules chacune, et que l'ordre de la liaison en série des douze cellules s'étend dans un sens le long d'une rangée et, dans le sens opposé, le long de l'autre rangée.
On voit que, pour que la couche supérieure 4 clé la cellule, se trouvant à l'extrémité de l'une des rangées, recouvre la. couche eollectrice de la cellule adjacente à l'extrémité de ]'autre rangée, ladite couche 4 supérieure présente une languette 4cs s'étendant latéralement, et due les cellules des deux rangées sont dispo sées clé manière inverse.
Les connexions exté rieures, s'étendant clés deux cellules d'extré mité clés séries, sont réalisées au moyen de bandes 5 clé contact partant de la couche 4 clé l'une desdites cellules d'extrémité et @de la couche 4b plus étroite recouvrant la partie épaissie de la plaque \? de l'autre de ces cel lules d'extrémité.
Comme décrit précédemment, il peut être préférable de ne pas disposer les cellules des deux (ou plus) rangées, de manière inverse; dans ce cas, la liaison en série des deux (ou plus) rangées sera réalisée au moyen de con ducteurs externes, (le n'importe quelle ma nière désirée.
La batterie représentée à la fig. 3 est la même que celle représentée aux fi-.<B>1</B> et 2, sauf que les couches collectrices inférieures, au lieu d'être constituées par des plaques mé talliques 2, sont constituées par (le minces couches 2a de platine, appliquées à la plaque 1. par projection ou application à chaud. Comme représenté, ces minées couches 2a sont appliquées de manière à recouvrir le fond des enfoncements et également une des parois et parties de la surface adjacente clé la plaque 1, vers la cellule suivante.
Les couelies 3 semi- conductrices sont ensuite ajustées dans les enfoncements à fleur de la surface clé la plaque 1 et, lorsque les couches supérieures sont ensuite appliquées, elles s'étendent eliacune de manière à recouvrir la partie de la couche adjacente sous-jacente qui .s'étend sur la surface de la plaque 1.
La fig. 4 représente une batterie dans la quelle la deuxième des trois méthodes princi pales décrites ci-dessus est employée pour relier la couche transparente supérieure de chaque cellule'à la couche semi-conductrice de la cellule suivante; c'est-à-dire que chaque couche supérieure recouvre et fait. contact. électriquement avec le bord de la couche semi- conductrice de la cellule adjacente.
Ainsi, des enfoncements sont prévus clans la plaque 1, comme précédemment, et le fond de ces en foncements reçoit une couche 2b bonne con ductrice de métal, soit sous la forme de plaques, soit par projection ou application à chaud.
Les enfoncements sont ensuite remplis simultanément jusqu'à fleur des couches 3 semi-conductrices, et enfin, les couches 4 transparentes supérieures sont simultané ment appliquées chacune, comme représenté, en recouvrant le bord de la couche 3 de la cellule adjacente d'un côté et en laissant sur l'autre côté Lui. espace sur le bord de la couche 3 de sa propre cellule pour que ce bord puisse être recouvert par la couche 4 de la cellule adjacente.
Comme décrit jusqu'ici, pour éviter la formation de couches de blo cage ou d'arrêt non désirées aux endroits de recouvrement 6 des couches supérieures 4 et des bords des couches 3 semi-conductrices, n'importe lequel ou pliLsieurs ou même la totalité des expédients décrits ci-dessus en a), <I>b), c),</I> cl) et<I>e)</I> peuvent être adoptés.
Les éléments représentés à la fig. 5 sont les mêmes que ceux représentés à la fig. 4, excepté que la plaque 1 ne présente pas d'en foncements. Les couches conductrices 2c sous- jacentes sont appliquées sur la surface de la dite plaque 1 et sont ensuite recouvertes de couches 3 semi-conductrices, après quoi les espaces entre les couches semi-conductrices, ainsi que ceux entre les 'couches sous-jacentes, sont remplis d'une matière 7 non conduc trice, telle que du mastic, de la cire ou une laque.
Finalement, les couches supérieures 4 sont appliquées comme dans la fig. 4. Ce pro cédé se prête spécialement bien aux batteries dans lesquelles les couches semi-conductrices sont en oxyde cuivreux. Les couches 2c auront alors la forme d'îlots de cuivre déposés élec- trolytiquement,et les couches d'oxyde cuivreux seront formées par oxydation de la surface des couches 2c de la manière habituelle.
Le procédé utilisé pour le montage de la batterie représentée à la fig. 5, peut cependant être également bien employé lorsque les couches semi-conductrices sont en sélénium. Dans ce cas, les couches conductrices sous-jacentes sont appliquées de n'importe quelle manière ap- propriée et le sélénium est ensuite appliqué sous la forme d'ilne simple couche sur toute la surface et il est ensuite divisé en couches individuelles par découpage, après quoi le remplissage 7 est .appliqué.
Si on le désire, les couches conductrices sous-jacentes pourraient également être appliquées comme une couche unique et divisée en des couches individuelles par découpage en même temps que l'on pro cède à la division du sélénium.
La fig. 6 est analogue à la fig. 5, sauf que les couches 3 semi-conductrices sont en sélé nium et que le remplissage 7a isolant est du sélénium reconverti dans sa forme amorphe isolante, comme il a été décrit précédemment. Les plaques 2b peuvent être semblables à. celles de la fig. 4.
En pratique, la batterie des fig. 1 et 2 peut être fabriquée en donnant à ses enfonce ments une forme carrée de 6 mm de côté et une profondeur de 1 mm et en les séparant les uns des autres par -une paroi de 0,5 mm d'épaisseur, les couches semi-conductrices ayant une épaisseur de 0,1 mm.
Dans un exemple de la batterie de la fig. 5, les couches 2c et 3 sous-jacentes sont en cuivre déposé électrolytiquement et recouvert d'oxyde cuivreux; ces couches sont des carrés de 10 mm de côté et chacun de ceux-ci est séparé de son voisin par un espace de 1 mm.
La fig. 7 représente une batterie dans la quelle la troisième des trois méthodes princi pales décrites ci-dessus est employée pour relier la couche transparente 4 supérieure en or de chaque cellule à la couche semi-conduc trice 3 de la cellule suivante. Un organe de connexion E en un métal conducteur de l'élec tricité est disposé au-dessus du remplissage 7a et recouvre en partie la couche 3 semi-conduc trice et la couche 4 conductrice de deux cel lules adjacentes.
Un tel organe de connexion pourrait aussi être employé dans les formes d'exécution dé crites en référence aux fig. 1 à 6.