Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №1 - Журнал «Домашняя лаборатория»
Глава 25. Изготовление фотоэлемента из Cs2Те.
Такой фотоэлемент имеет максимум чувствительности в ультрафиолетовой области спектра (около 254 нм в колбе из бактерицидного стекла). К видимому свету его чувствительность мала (солнечно-слепой фотоэлемент). Поэтому он особо пригоден для работы с ультрафиолетом в присутствии видимого света. Полупроводниковый характер катода даёт высокую (на несколько порядков выше по сравнению с металлическим катодом) чувствительность.
Теллурид цезия на воздухе не стойкий, поэтому его приходится готовить в вакууме путём обработки плёнки теллура парами цезия. Наносить его на непроводящую подложку, например, прямо на стекло, нельзя — он имеет большое сопротивление и токоотбор с катода будет невозможен. Его следует наносить на подложку из металла, который не должен с теллуром взаимодействовать. Можно взять, например, никель или его сплав с железом (пермаллой). При термообработке фотоэлемента никель слегка окислится и теллур будет осаждён на его окись. Практика показала, что это вполне приемлемо. Для уменьшения утечек по стеклу баллона, выводы следует сделать возможно дальше друг от друга.
Пусть мы выбрали колбу из бактерицидного стекла цилиндрической формы. Тогда имеет смысл сделать катод в виде полуцилиндра с таким расчётом, чтобы зазор между катодом и колбой составлял около миллиметра. Анод можно сделать в виде прямого провода (штыря) и расположить его вдоль катода (см. рис. 37).
Если катод не тяжёлый, то его можно крепить на одном вводе, в противном случае — следует предусмотреть крепление в нескольких точках. Вводы для уменьшения утечек по стеклу следует сделать в разные стороны. В связи с тем, что катод придётся греть докрасна ТВЧ, нужно позаботится, чтобы на нём не было загрязнений, способных возгоняться на стенки баллона и, особенно, на входное окно. Кроме того, он не должен касаться стенок баллона, так как его нагрев приведёт к растрескиванию стекла.
Вводы из платинита имеют медную оболочку, которая будет окислена при термообработке, а окись, после восстановления цезием, отслоится и образует мусор, который в колбе фотоэлемента совершенно не нужен.
Поэтому бусинки спаев следует изготовить заранее и протравить незащищённые стеклом части ввода от меди в растворе аммиака и нитрата
Отпайка
Рис. 37 аммония (1:1:1 — примерно!). В присутствии воздуха этот раствор травит медь и не разрушает чёрные металлы. После травления, промывки в воде и сушки проводится сборка арматуры с помощью контактной сварки.
Окончательную сборку фотоэлемента следует проводить в таком порядке: Из бактерицидного стекла делаем «пульку» нужного размера. Толщину стенки не следует брать слишком большой — это приводит к неоправданному поглощению излучения. Та толщина стекла, которая применяется в бактерицидной лампе, ослабляет излучение на длине 254 нм вдвое. Пулька является заготовкой для двух изделий. Её перерезаем на две части и в одну из них укладываем катод. Оттягиваем открытую сторону и впаиваем в неё анод (в виде прямого стержня). Сбоку от него, по оси фотоэлемента, впаиваем штенгель из стекла люминесцентной лампы, которое прекрасно спаивается с бактерицидным.
Обогреваем спай и удерживая фотоэлемент за штенгель, впаиваем ввод катода. Готовый фотоэлемент после охлаждения в спокойном воздухе следует завернуть в алюминиевую фольгу и отжечь в печи, при температуре нагрева 520°. К изготовленному фотоэлементу надо припаять титановый «насос» и источник цезия (см. рис. в главе «Щелочные металлы»).
«Насос» представляет собой свёрнутое из титановой или циркониевой стружки кольцо, укреплённое на держателе из титана, нихрома или железа в отдельной колбочке, соосной с фотоэлементом. Молибдена следует избегать, так как он загрязняет фотоэлемент летучими окислами. Нагрев титанового кольца производится ТВЧ. Можно вместо него припаять и миниатюрный магниторазрядный насос Пенинга с электродами из титана размером 10–15 мм.
Источник цезия должен быть с достаточно плотной оболочкой, чтобы термитная смесь из него не высыпалась.
После сборки всей «свечки» её следует откачать вакуумным насосом для удаления влаги и продуктов горения, попавших из пламени, и завернув в фольгу отжечь при температуре 500°. Кислород воздуха окислит органические загрязнения, что существенно облегчит откачку и обезгаживания фотоэлемента.
После охлаждения в фотоэлемент помещается едва видимая пылинка теллура и передвигается к фотокатоду. Откачку можно вести форвакуумным насосом. «Свечка» обогревается, там где можно, пламенем горелки, до жёлтого свечения. Фотоэлемент можно греть только убрав из него теллур. Катод следует нагреть ТВЧ до свечения.
Источник цезия обогреваем через стекло до свечения натрия при непрерывной откачке. Он является главным источником газов, поэтому греть следует не очень быстро, постепенно доводя стекло до размягчения. Как только оно начнёт осаживаться на гильзу, нагрев следует перенести на место отпая и отпаять всю свечку от системы. Сильно прогревая гильзу со стороны, противоположной фотоэлементу, перегоняем цезий в полость «насоса» и отпаиваем покрытую стеклом гильзу с термитной смесью. Место отпая слегка обогреваем мягким пламенем. При этой операции следует опасаться неконтролируемой реакции, работать в очках.
Теперь у нас в руках отпаянная и вакуумированая сборка из фотоэлемента и «насоса». В полости «насоса» — цезий, а в колбе фотоэлемента — теллур. Сборка заполнена остаточными газами. Их следует удалить, нагревая титановое кольцо ТВЧ.
После того, как титан нагревается до красного свечения, его поверхность очищается от окислов, что ухудшает теплоотдачу излучением, и поглощает газы, что дополнительно уменьшает теплоотдачу теплопроводностью. Поэтому вначале нагрев идёт медленнее, а затем температура кольца резко повышается. После этого следует прогреть таким же образом попеременно катод и титан, прогреть сборку горелкой, каждый раз удаляя газы титаном. (Беречь вводы от растрескивания!) При этом следует также беречь теллур от преждевременного распыления и попадания на цезий, где он прилипает намертво, после чего сборку придется перепаивать.
Убедившись, что внутренняя поверхность сборки обезгажена, следует поместить теллур напротив катода и подогреть стекло воздухом от нагретой спирали или очень мягким пламенем. Если теллур напылится на стекло и его наличие там не желательно, то его оттуда так же перегоняют на катод.
Слой теллура отчётливо виден на катоде, так как он имеет другой цвет, чем окисленный металл.
Цезий в высоком вакууме
