Strom aus der Hibiskusblüte: Bau einer Farbstoffsolarzelle
Was haben der Farbstoff aus Hibiskustee, das Pigment aus Zahnpasta oder Wandfarbe und Photovoltaik gemeinsam und was hat das alles mit der Energiewende zu tun? Am 10. und 11. Oktober war der Chemie-Grundkurs der Q1 des Ludwig-Georgs-Gymnasiums Darmstadt im Juniorlabor zu Gast, um diesen Fragen im Rahmen eines neuen gemeinsamen Experimentierangebots des Fachbereichs Materialwissenschaft und dem Juniorlabor auf den Grund zu gehen.
Die Schüler:innen durften im Labor selbst Hand anlegen und in Kleingruppen die Schritte zum Bau einer Farbstoffsolarzelle, auch bekannt als Grätzel-Zelle, durchführen. Sie begannen mit der Herstellung einer Titandioxid-Paste, mit der anschließend leitfähiges FTO-Glas beschichtet wurde. Titandioxid findet sonst Verwendung als weißes Pigment für Farben oder Kosmetikprodukte. Nach dem Sintern der Schicht kam der Hibiskustee ins Spiel, nämlich als Quelle für einen geeigneten Farbstoff zur Sensibilisierung der Solarzelle. Anschließend wurde eine Gegenelektrode aus Graphit-beschichtetem Glas hergestellt. Abschließend konnte die Solarzelle zusammengesetzt und getestet werden. Durch die elektrische Charakterisierung (Strom-/Spannungs-Messungen, Aufnahme von Kennlinien und Kennwerten wie Kurzschlussstrom und Füllfaktor) konnten die Schüler:innen die Qualität der gebauten Solarzellen ermitteln und vergleichen. Theoretischer Input zur Vorbereitung auf die Laborpraxis und das Besprechen der Messergebnisse waren natürlich auch Teil des Programms.
Als besonderes Highlight konnten sich die Gruppen ihre Titandioxidschichten unter dem Rasterkraftmikroskop (AFM) anschauen und die selbst hergestellte mit einer kommerziell erhältlichen Titandioxid-Paste vergleichen, wodurch sie eine wesentliche Analysenmethode der Disziplin Materialwissenschaft kennenlernten
Da es sich um die Premiere unseres Angebotes handelte, waren wir natürlich auf das Feedback gespannt. Zum Schluss gaben uns unsere Gäste viele ausführliche und wertvolle Hinweise zur Optimierung unseres Angebots für nachfolgende Durchführungen. Wir bedanken uns ganz herzlich bei allen Beteiligten und insbesondere natürlich bei Frau Winkelbrand und den engagierten und motivierten Schüler:innen ihres Kurses!
Für die Ausarbeitung des neuen Themenkomplexes gebührt außerdem insbesondere Julia Schan und Benjamin Kunkel großer Dank. Mit tatkräftiger Unterstützung von Dr. Anne Kikker, Ruben Bischler und PD Dr. Christian Dietz, der zudem auch den Einblick in die Rasterkraftmikroskopie ermöglichte, stellten sie ein vielseitiges Programm auf die Beine.
Das fächerübergreifende Angebot Photovoltaik soll auch zukünftig Teil unseres Programms werden und wird aus organisatorischen Gründen in von uns festgelegten Zeiträumen stattfinden. Neben dem Bau und der Charakterisierung einer Grätzel-Zelle soll dabei ein Einblick in materialwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen gewährt werden.
Erste Gelegenheiten zur Teilnahme gibt es im November in den Kalenderwochen 47 und 48.
Zielgruppe: Chemie- und Physikkurse ab E-Phase
Dauer: 6 h (mit Pause)
Anmeldung: über das Anfrageformular
