Selbstbau einer Farbstoffsolarzelle

  • Chemie
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • 2-3 Stunden, je nach Aufwand bei den Messungen
  • Arbeitsblatt, Video
  • 1 Arbeitsmaterial

Schülerinnen und Schüler stellen mit einfachen Mitteln eine Farbstoffsolarzelle her und prüfen ihre Qualität. Mit PowerPoint erstellte Animationen veranschaulichen die Funktionsweise der nach ihrem Erfinder benannten Grätzel-Zelle.

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Wenn im Unterricht aktuelle Beiträge der Chemie zur Lösung des Energieproblems thematisiert werden sollen, kommt man an der Solarzelle nach Grätzel (Grätzel-Zelle) nicht vorbei. Sie markiert den Beginn der Entwicklung einer ganzen Klasse von Farbstoffsolarzellen. In der hier vorgestellten Unterrichtseinheit werden ihre Funktionsweise und ihr Aufbau erarbeitet. Da das in der Grätzel-Zelle verwendete Titan(IV)-oxid eine Korngröße von etwa 100 Nanometern hat, ergibt sich dabei auch ein Bezug zur Nanotechnologie. Die Materialien der Unterrichtseinheit werden durch Beiträge aus der GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema (Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.) ergänzt. Diese stellen die technische Entwicklung der Farbstoffsolarzelle sowie ihre aktuelle und zukünftige Bedeutung im Alltag dar.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Die Produktion herkömmlicher Solarzellen verursacht hohe energetische Kosten. Anfang der 1990er Jahre entwickelte Michael Grätzel an der technisch-naturwissenschaftlichen Universität in Lausanne (Schweiz) als Alternative die elektrochemische Farbstoffsolarzelle (Grätzel-Zelle). Diese verwendet zur Absorption von Licht kein Halbleitermaterial, sondern Titan(IV)-oxid und organische Pflanzenfarbstoffe. Bei dem Selbstbau einer solchen Zelle können die Schülerinnen und Schüler Ersatzmöglichkeiten für fast alle Komponenten der Grätzel-Zelle forschend untersuchen: Geeignetes Titan(IV)-oxid ist zum Beispiel in weißer Wandfarbe, Sonnenmilch und Zahnpasta zu finden. Bei der Wahl des Farbstoffs können die Lernenden mit Malventee und verschiedenen Beerensäften experimentieren. Dabei bietet sich ein Wettbewerb unter den Schülerinnen und Schülern an: Welche Gruppe entwickelt die stärkste Solarzelle?

Download

Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • Aufbau und Funktionsweise einer Farbstoffsolarzelle verstehen.
  • einzelne Schritte der Energiegewinnung in Farbstoffsolarzellen mit denen der Fotosynthese vergleichen.
  • eine Farbstoffsolarzelle selber bauen und dabei mit verschiedenen Materialien experimentieren.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaSelbstbau einer Farbstoffsolarzelle
AutorWalter M. Wagner
FachChemie
ZielgruppeKlasse 5 bis Jahrgangsstufe 13 (je nach fachlicher Vertiefung)
Zeitraum2-3 Stunden, je nach Aufwand bei den Messungen
Technische VoraussetzungenNeben der schulüblichen Chemielabor-Ausstattung werden benötigt: Multimeter, Kabel mit kleinen Krokodilklemmen, Lampe (100-150 Watt)
SoftwareMicrosoft PowerPoint (für die Präsentation von Animationen zur Funktion der Grätzel-Zelle)

Aus unserem Lehrer-Online-Shop

Shop Artikel: Fragen und Antworten - zur...

Die kompakte A-Z Broschüre dient Schulleitung, Lehrkräften und Eltern als Ratgeber zu allen Fragen der Schüler-Unfallversicherung....

3.70 €

Shop Artikel: Erste Hilfe in Schulen (Broschüre)

Die Registerbroschüre zum Aufhängen zeigt im schnellen Überblick die Maßnahmen der Ersten Hilfe für Schülerinnen und Schüler bei...

2.85 €

Shop Artikel: Erste Hilfe bei Kindern - Was tun im...

Die Registerbroschüre zum Aufhängen zeigt Erzieherinnen, Erziehern, Tagesmüttern, Eltern und allen anderen, die mit Kindern zu tun...

2.85 €

Shop Artikel: Zeckenalarm! - Registerbroschüre für...

All diejenigen, die sich häufig im Freien aufhalten, sind bedroht, von einem der kleinen Spinnentiere befallen zu werden. Doch was tun,...

2.85 €

Shop Artikel: Kraft tanken im Lehreralltag - Gute...

Der Stress im Lehrerberuf nimmt stetig zu: Lärm, große Klassen mit teilweise verhaltensauffälligen Schülerinnen und Schülern, fehlende...

4.95 €

Shop Artikel: Erste Hilfe in Schulen - Gute gesunde...

Die Broschüre erläutert Erste Hilfe in Schulen und die Rolle der Ersthelfer. Sie gibt Hinweise zur Regelung der Ersthelferausbildung...

4.95 €

Shop Artikel: Chemieunterricht - aber sicher! - Gute...

Der Einsatz von Chemikalien ist durch zahlreiche Sicherheitsrichtlinien geregelt. Das gilt natürlich ebenfalls für den Unterricht...

6.95 €

Shop Artikel: Achtsamkeit macht Schule - Gute gesunde...

Wie Achtsamkeit im Schulalltag helfen kann Die Broschüre hält Tipps und Anregungen für Übungen und Selbstchecks zum Thema Achtsamkeit...

4.95 €

Shop Artikel: Gesund bleiben im Lehreralltag - Gute...

Mindestens 20 Prozent der Lehrkräfte leiden unter den körperlichen und seelischen Belastungen ihres Berufs. Die Broschüre zeigt...

4.95 €

Shop Artikel: Welt der Kristalle - Züchtung, Wachstum...

Was haben Salz, Eisen, Diamanten und eine Schneeflocke gemeinsam? Es bestehen alle diese Materialien aus Kristallen. Charakteristisch...

79.00 €
Autor
Avatar Walter M. Wagner

Zum Autoren-Profil

Frei nutzbares Material
Die von Lehrer-Online angebotenen Materialien können frei für den Unterricht genutzt und an die eigene Zielgruppe angepasst werden.