Chemie

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Eine Gruppe von 3-4 Schülern arbeitet zusammen.

Strom aus Licht:
wir stellen eine organische Solarzelle her

S I
Du brauchst: Je Gruppe:
  • Spatel
  • Pipette mit Hütchen
  • Tesa-Film
  • Brenner, Stativ, Plattenhalter, Ceran-Platte
  • 3 Glasschalen, eine mit Glimmer
  • Föhn
  • Glasplättchen
  • kleines Becherglas
  • Tiegelzange
  • Messplatz mit Verbraucher
  • je 1 Kabel rot und schwarz
  • 2 weiche Bleistifte
  • Feuerzeug
  • Lampe mit Stativ
  • je 1 Folienstift M rot u. blau
  • Multimeter.

Je Gruppenmitglied:

  • 2 besondere Glasplättchen
  • 1 Verbindungskabel mit Krokodilklemmen, gelb
  • 1 Kunststoffbeutel
  • Lösemittel "Paste Mix"
  • Elektrolyt
  • Titandioxid-Pulver
  • Malvenblüten, getrocknet
Auftragen der Schicht: Einer für alle, Angabe je Gruppenmitglied: Verrühre im Gläschen  6 gehäufte Spatel Titandioxid-Pulver mit etwa 10 Tropfen "Paste Mix" zu einer dünnen Paste.

Jeder für sich: Glasplatten 1 und 2 mit der leitenden Seite nach oben auf den Tisch legen. Die leitende Seite kannst du mit dem Messgerät herausfinden. Der Betreuer stellt dir das Gerät ein und zeigt dir, wie es geht:

Auf der leitenden Seite zeigt das Gerät einen Wert um 0 (Null) an.

Platte 1 wird mit Tesafilm erst an den beiden langen und dann an einem der kurzen Ränder blasenfrei abgeklebt.
 

Ansicht von oben.
Trage nun entlang der Abklebung an der schmalen Seite etwa 2-3 Tropfen der Paste mit dem Spatel auf und streiche sie mit dem Glasplättchen nur durch Längsbewegung glatt. Sollten zu viele Kratzer entstehen, kannst du einen zusätzlichen Tropfen Lösemittel auftropfen und wieder streichen.
 

Ziehe dann den Tesafilm ab und trockne die TiO2-Schicht mit dem Föhn auf warmer Stufe ca. 5 Minuten.
Brennen: Lege die Platte mit TiO2 auf die Ceranplatte. Der Betreuer zündet den Brenner an. Erhitze etwa 5 Minuten lang.
Beobachtung: Die TiO2-Schicht verfärbt sich über braun nach dunkelgrau, dann hellt sie wieder auf. Das Brennen ist beendet, wenn die Schicht wieder weiß ist.
Deutung: Die Lösemittel in "Paste Mix" sollen eine klumpenfreie Masse mit Hohlräumen herstellen helfen und werden nun verbrannt.
Abkühlphase (WICHTIG): Erwärme die Spitze der Tiegelzange in der Flamme. Fasse mit der heißen Zange dann die TiO2-Platten an und lege sie in die mit Glimmer gefüllte Glasschale. Das Abkühlen dauert höchstens 10 Minuten.
Farbstoff: Einer für alle: Fülle einen halben Liter Wasser in den Wasserkocher und schalte diesen ein (der Betreuer hilft). Wenn das Wasser kocht, gieße auf etwa 20 Hibiskus-Blüten etwa 100ml und bereite einen dunkelroten Tee. Nach 5 Minuten ist er fertig und kann vorsichtig (der Betreuer hilft) in die zweite Glasschale gefüllt werden.
Beschichten: Bestreiche die Platte 2 mit dem weichen Bleistift auf der leitenden Fläche (wie findet man das heraus?) so, dass eine gleichmäßige dunkelgraue Schicht entsteht. Schreibe auf die Rückseite an einem Ende mit dem roten Folienstift ein großes + . Hier ist der Plus-Pol der Solarzelle.
Färben: Platte 1 mit der TiO2-Schicht nach oben vorsichtig in den Tee legen und etwa 5 Minuten drin lassen. Sie nimmt eine tiefviolette Farbe an. Nimm sie danach mit den Fingern heraus und lege sie in die dritte Schale, in der nur Wasser ist. Spüle durch leichtes Schwenken, nimm sie dann heraus und trockne sie mit dem Föhn auf warmer Stufe. Die violette Färbung hellt auf. Danach auf die Rückseite (nicht Auflegen, sondern in der Hand halten) mit dem schwarzen Folienstift an jenem Ende, an dem kein TiO2 zu sehen ist, ein großes - (minus) schreiben. Dies ist der Minus-Pol der Solarzelle.
Montage: Lege Platte 1 mit der TiO2-Schicht nach oben auf den Tisch und Platte 2 überlappend mit der Grafit-Schicht nach unten darauf. Die TiO2-Schicht muss vollständig bedeckt sein.

Ansicht von der Seite
Nun müsst ihr euch gegenseitig helfen: einer hält die Platten aufeinander fest, der andere wickelt einen Streifen Tesafilm fest um die Mitte.
Test: Drehe die Zelle so um, dass der Minus-Pol oben zu liegen kommt. Verbinde diesen Pol mit dem gleichen Pol (schwarze Buchse) des Messgerätes. Verbinde den Plus-Pol  mit dem Plus-Pol des Messgerätes (rote Buchse) mit Hilfe der Kabel. Schalte nun die Lampe ein. Das Multimeter wird keine oder eine sehr geringe Spannung anzeigen.
Elektrolyt: Gib nun an einem der schmalen Enden einen Tropfen Elektrolyt-Lösung genau an die Stelle, wo sich die beiden Glasplatten berühren. Das Messgerät zeigt eine schnell auf 200-350mV ansteigende Spannung an.
Ergebnis: Spannungen über 300mV bedeuten, dass die Zelle sehr gut, zwischen 250 und 300mV gut gelungen ist. Melde Deinen Wert dem Betreuer. Wirst du der Solarzellenqueen oder -king?
Mögliche Zusatzaufgabe: Der Betreuer zeigt dir nun, wie man alle Zellen der Gruppe zusammen schalten und damit ein Gerät betreiben kann. Die Spannungen addieren sich zu einer Gesamtspannung von 0,8 bis 1,2 V. Damit kann man z.B. einen Taschenrechner oder ein Sprachmodul betreiben.

© C#NaT, Chemie, Universität Bayreuth