DE4306407A1

DE4306407A1 - Detector

Info

Publication number: DE4306407A1
Application number: DE4306407A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr Sopka
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1994-09-08

Abstract

The invention relates to a detector (1) for checking the wavelength range of electromagnetic radiation. According to the invention, each detector (1) has a photoactive layer (2) which is made of titanium dioxide and has a high porosity. Embedded in each photoactive layer there is a liquid electrolyte and a dye. The selection criteria for the dye include its ability to be excited by electromagnetic radiation of a defined wavelength. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Detektor zur Ermitt lung der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a detector for detection the wavelength of electromagnetic radiation according to the preamble of claim 1.

Solche Detektoren kommen vorzugsweise dort zum Einsatz, wo die Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung im Bereich zwischen 0,4 µm und 2,0 µm ermittelt werden soll. Die bis jetzt verwendeten Detektoren, die den photovoltaischen Ef fekt halbleitender Materialien ausnutzen, haben den Nach teil, daß ihre spektrale Empfindlichkeit, d. h. die Ab hängigkeit des Nutzsignals von der Wellenlänge des ein gestrahlten Lichts von den optischen Eigenschaften des Halbleiters abhängt. Für Anwendungen in verschiedenen Spek tralbereichen müssen daher verschiedene Halbleiter ver wendet werden. So muß im optischen Spektralbereich ein auf Silizium basierender Detektor verwendet werden, während für den Infrarotbereich Detektoren auf der Basis von Germanium oder Indium bzw. Arsenid zum Einsatz kommen. Der Wellenlän genbereich, in dem diese Halbleiter photoempfindlich sind, ist zudem für eine Farberkennung zu breit, so daß zusätzli che Farbfilter eingesetzt werden müssen.Such detectors are preferably used where the wavelength of electromagnetic radiation in the range between 0.4 µm and 2.0 µm should be determined. The up now used detectors that the photovoltaic Ef exploit semiconducting materials have the aftermath partly that their spectral sensitivity, i. H. the Ab dependence of the useful signal on the wavelength of the radiated light from the optical properties of the Semiconductor depends. For applications in various specs central areas must therefore use different semiconductors be applied. So must in the optical spectral range Silicon based detector can be used while for the infrared range detectors based on germanium or indium or arsenide are used. The wave length area in which these semiconductors are photosensitive, is also too wide for color recognition, so that additional che color filter must be used.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen De tektor aufzuzeigen, mit dem die Wellenlänge von elektro magnetischer Strahlung auf einfache Weise und zudem exakt definiert werden kann.The invention is therefore based on the object, a De tector with which the wavelength of electro magnetic radiation in a simple manner and also exactly can be defined.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of Claim 1 solved.

Erfindungsgemäß wird der Detektor durch eine oder mehrere photoelektrochemischen Zellen gebildet, die zu einer Ein heit zusammengefaßt sind. Jede photoelektrochemische Zelle weist eine photoaktive Schicht. Diese wird durch ein Titan dioxid gebildet, das eine sehr hohe Porosität aufweist. Hierdurch ist es möglich, in die Schicht einen Farbstoff und einen flüssigen Elektrolyten einzulagern. Jede photoak tive Schicht ist zwischen einer ersten und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht angeordnet, die beide als Stromabnehmer dienen. Durch geeignete Wahl der Farbstoffe ist es möglich, den Wellenlängenbereich von elektromag netischer Strahlung zwischen dem Infrarotbereich und dem Ultraviolettbereich vollständig zu überprüfen. Weitere er findungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.According to the invention, the detector is one or more Photoelectrochemical cells formed that lead to a are summarized. Any photoelectrochemical cell exhibits a photoactive layer. This is made by a titanium dioxide formed, which has a very high porosity. This makes it possible to add a dye to the layer and store a liquid electrolyte. Any photoak tive layer is between a first and a second arranged electrically conductive layer, both as Serve pantographs. Through a suitable choice of dyes it is possible to change the wavelength range of elektromag net radiation between the infrared range and the Check the ultraviolet range completely. More he Features essential to the invention are in the subclaims featured.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below using schematic Drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Detektor, Fig. 1 a detector,

Fig. 2 eine Einheit mit drei Detektoren. Fig. 2 shows a unit with three detectors.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Detektor 1, der zur Ermittlung der Wellenlängen von elektromagnetischer Strah lung im Wellenlängenbereich zwischen 0,4 µm und 2,0 µm vor gesehen ist. Der Detektor 1 wird im wesentlichen durch eine photoaktive Schicht 2 gebildet, die zwischen einer ersten und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht 3 und 4 an geordnet ist. Die erste elektrisch leitende Schicht 3 ist auf der Oberfläche eines Bauelementes 5 aus einem transpa renten, elektrisch nichtleitenden Material, z. B., aus getempertem Glas angeordnet. An die zweite Oberfläche der ersten elektrisch leitenden Schicht 3 schließt sich die photoaktive Schicht 2 an. Sie besteht aus Titandioxid, das eine hohe Porosität aufweist. In diese photoaktive Schicht 2 sind ein Farbstoff und ein flüssiger Elektrolyt eingela gert. Als Elektrolyt wird vorzugsweise Jod/Jodid in Ethy len-/Propylencarbonat verwendet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel soll mit dem Detektor geprüft werden, ob elektromagnetische Strahlung einer definierten Strah lungsquelle einen Anteil im roten Spektralbereich aufweist. Hierfür wird ein Detektor 1 verwendet, in dessen photoak tive Schicht 2 als Farbstoff ein Phthalocyanin oder ein Ul lazin eingelagert ist. Die erste elektrisch leitende Schicht 3 wird durch ein transparentes, elektrisch leiten des Oxid gebildet. Vorzugsweise wird für deren Herstellung Zinnoxid benutzt. Die zweite elektrisch leitende Schicht 4, die sich auch unmittelbar an die photoaktive Schicht 2 an schließt, wird durch ein elektrisch leitendes Material ge bildet, das nicht notwendigerweise transparent sein muß. Es besteht jedoch die Möglichkeit, diese zweite elektrisch leitende Schicht 4 aus dem gleichen Material herzustellen wie die erste elektrisch leitende Schicht 3. Um die in der photoaktiven Schicht 2 ablaufenden Reaktionen zu beschleu nigen, wird die zweite elektrisch leitende Schicht 4 vor zugsweise aus einem elektrisch leitenden Werkstoff ge fertigt, der gleichzeitig elektrochemische Eigenschaften besitzt. Bevorzugt wird die zweite elektrisch leitende Schicht 4 aus Platin gefertigt. Um mit diesem Detektor 1 den Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung dar aufhin prüfen zu können, ob Licht mit einem Anteil im roten Spektralbereich enthalten ist, wird die Oberfläche 5S der Schicht 5 mit dieser Strahlung bestrahlt. Die Strahlung ge langt über die transparente elektrisch leitende Schicht 3 in die photoaktive Schicht 2. Weist das eingestrahlte Licht einen Anteil im roten Spektralbereich auf, so werden die im Farbstoff enthaltenen Elektronen angeregt und wandern über das Titandioxid zur zweiten elektrisch leitenden Schicht 4. In diesem Fall kann zwischen den beiden elektrisch leiten den Schichten 3 und 4 eine Spannung abgegriffen werden, die als Meßsignal genutzt werden kann. Wird zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten 3 und 4 keine Spannung er zeugt, so weist die Strahlung auch keinen Anteil im roten Spektralbereich auf. Fig. 1 shows a section through a detector 1 , which is seen to determine the wavelengths of electromagnetic radiation in the wavelength range between 0.4 microns and 2.0 microns before. The detector 1 is essentially formed by a photoactive layer 2 , which is arranged between a first and a second electrically conductive layer 3 and 4 . The first electrically conductive layer 3 is on the surface of a component 5 made of a transparent, electrically non-conductive material, for. B., arranged from tempered glass. The photoactive layer 2 adjoins the second surface of the first electrically conductive layer 3 . It consists of titanium dioxide, which has a high porosity. A dye and a liquid electrolyte are embedded in this photoactive layer 2 . Iodine / iodide in ethylene / propylene carbonate is preferably used as the electrolyte. In the exemplary embodiment shown here, the detector is to be used to check whether electromagnetic radiation from a defined radiation source has a portion in the red spectral range. For this purpose, a detector 1 is used, in whose photoactive layer 2, a phthalocyanine or an ul magazine is embedded as a dye. The first electrically conductive layer 3 is formed by a transparent, electrically conductive oxide. Tin oxide is preferably used for their production. The second electrically conductive layer 4 , which also directly adjoins the photoactive layer 2 , is formed by an electrically conductive material which does not necessarily have to be transparent. However, there is the possibility of producing this second electrically conductive layer 4 from the same material as the first electrically conductive layer 3 . In order to accelerate the reactions taking place in the photoactive layer 2 , the second electrically conductive layer 4 is preferably manufactured from an electrically conductive material which at the same time has electrochemical properties. The second electrically conductive layer 4 is preferably made of platinum. In order to be able to use this detector 1 to check the wavelength range of electromagnetic radiation as to whether light is present in the red spectral range, the surface 5 S of layer 5 is irradiated with this radiation. The radiation reaches the transparent electrically conductive layer 3 into the photoactive layer 2 . If the incident light has a portion in the red spectral range, the electrons contained in the dye are excited and migrate via the titanium dioxide to the second electrically conductive layer 4 . In this case, a voltage can be tapped between the two electrically conductive layers 3 and 4 , which voltage can be used as a measurement signal. If no voltage is generated between the two electrically conductive layers 3 and 4 , the radiation also has no portion in the red spectral range.

Wie Fig. 2 zeigt, können auf der Oberfläche eines Bau elementes 5 aus einem transparenten nicht leitenden Material eine Vielzahl solcher Detektoren 1, 10, 100 anzuordnen wer den. Eine Anordnung mit drei Detektoren 1, 10, 100 ist in Fig. 2 dargestellt. In jede photoaktive Schicht 2 der De tektoren 1, 10, 100 ist i ein anderer Farbstoff eingela gert. Durch die entsprechende Anzahl von Detektoren, die nicht auf drei beschränkt ist, kann ein Wellenlängenbereich zwischen 0,4 µm und 2,0 mm überprüft werden. Wird die zu überprüfende Strahlung auf die Oberfläche des Bauelements 5 aufgestrahlt, so bildet sich eine Spannung zwischen den elektrisch leitenden Schichten 3 und 4 der Detektoren aus, deren Farbstoff in der Lage ist, Licht zu absorbieren. Da bekannt ist, auf welches Licht welcher Wellenlänge welcher Farbstoff anspricht, können auf Grund der sich ausbildenden Spannungssignale eindeutige Angaben über den Wellenlängen bereich der geprüften Strahlung gemacht werden.As shown in FIG. 2, a large number of such detectors 1 , 10 , 100 can be arranged on the surface of a construction element 5 made of a transparent, non-conductive material. An arrangement with three detectors 1 , 10 , 100 is shown in FIG. 2. In each photoactive layer 2 of the detectors 1 , 10 , 100 a different dye is inserted. With the appropriate number of detectors, which is not limited to three, a wavelength range between 0.4 µm and 2.0 mm can be checked. If the radiation to be checked is radiated onto the surface of the component 5 , a voltage is formed between the electrically conductive layers 3 and 4 of the detectors, the dye of which is able to absorb light. Since it is known to which light which wavelength responds to which dye, the voltage signals that form can be used to provide clear information about the wavelength range of the radiation tested.

Claims

1. Detector for determining the wavelength of elec tromagnetic radiation, characterized in that we at least one photoelectrochemical cell ( 1 ) is provided for checking the wavelength.

2. Detector according to claim 1, characterized in that each photoelectrochemical cell ( 1 ) is provided with a photoactive layer ( 2 ) which contains a dye which responds to electromagnetic radiation of a defined wavelength.

3. Detector according to one of claims 1 or 2, characterized in that for checking the wavelength of light, several photoelectrochemical cells ( 1 , 10 , 100 ) combined into one unit are provided, that each of these photoelectrochemical cells ( 1 , 10 , 100 ) has a photoactive layer ( 2 ) which contains a dye which responds to a defined wavelength.

4. Detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that each photoelectrochemical cell ( 1 ) has a photoactive layer ( 2 ) which is made of titanium dioxide and has a high porosity, and that in each photoactive layer ( 2 ) in addition a liquid electrolyte is embedded in a dye.

5. Detector according to one of claims 1 to 4, characterized in that each photoactive layer ( 2 ) between a first and a second electrically conductive layer ( 3 and 4 ) is arranged, and that the first electrically conductive layer ( 3 ) a transparent electrically conductive oxide, preferably made of tin oxide and arranged on a component ( 5 ) made of a transparent, electrically non-conductive material, preferably of tempered glass, and that the second electrically conductive layer ( 3 ) made of tin oxide or an electrically conductive as well as electrochemically active material in the form of platinum.