Solarzellen sind aus zweierlei Hinsicht für den Physikunterricht interessant. Zum einen sind sie natürlich ein wichtiger Bestandteil der „Alternativen Energien“ und daher aufgrund gesellschaftlicher Relevanz im Lehrplan enthalten. Zum anderen kann man an Solarzellen viel über Halbleiter und die zielführende Kombination verschiedener Materialen lernen und entdecken. Insbesondere der zweite Punkt kann besonders gut gelingen, wenn man ein klein wenig Zeit aufwendet (etwa 20 min), um selbst eine Farbstoff-Solarzelle nach Grätzel zu bauen.
Die notwendigen Bauteile gibt es bei der niederländischen Firma Man Solar. Wichtig sind dabei eigentlich nur vier Dinge:
Die Beschichtung einer leitenden Glasplatte mit Titandioxid kann man auch selbst machen, aber aus meiner Sicht lohnt sich dies für den Physikunterricht nicht. Spannend ist hingegen der Hinweis, dass Titandioxid bspw. in Zahnpasta verwendet wird. So sah mein Experimentiertisch zu beginn aus:
- Aus den Hibuskusblüten macht man als Erstes ein „Farbstoffbad“. Dazu einfach etwas heißes Wasser über die Blüten gießen, etwa 5 Minuten ziehen lassen und anschließend mit einem Teesieb oder ähnlichen abfiltern.
- Anschließend etwas von dem Farbstoffbad in eine Petrischale geben und eine mit Titandioxid beschichtete Elektrode etwa 5 min in das Farbstoffbad legen.
- Währenddessen die leitende Seite einer nicht beschichteten Gegenelektrode mit einem Bleistift anmalen, sodass eine Graphitschicht auf der Elektrode entsteht.
- Anschließend zwei kleine Tropfen des Elektrolyts (enthält Jod!) auf die mit Graphit beschichtete Seite tröpfeln.
- Zu guter Letzt die mit Titandioxid beschichtete Platte aus dem Farbsoffbad auf das Elektrolyt bringen und bspw. mit Krokodilklemmen zusammenhalten.. Überschüssiges Elektrolyt einfach mit einem Küchenpapier wegwischen.
Fertig ist die Frabstoff-Solarzelle nach Grätzel. Eine einzelne Zelle liefert bei normaler Raumbeleuchtung etwa 0,2 V. Bringt man eine Glühbirne in die Nähe der Zelle, so lassen sich maximale Spannungen von etwa 0,4 V messen.
