Nachdem einige Probleme der herkömmlichen Siliziumsolarzellen auftauchten, vor allem aber die recht lange Zeit von über 10 Jahren, um die teure Anschaffung rentabel zu machen, suchten Forscher nach alternativen
Möglichkeiten die Solarenergie nutzbar zu machen. Dabei versuchte man auch das Beispiel der Pflanzen, welche die Sonnenenergie zur Fotosynthese nutzen, nachzuahmen. Man erkannte, dass manche Farbstoffe, z.B. Chlorophylle, durch Photoanregung Elektronen abgeben können und somit elektrische Energie zur Verfügung stellen.
Jeder kann selber Versuche damit anstellen und verblüffende Effekte erkennen. Dieses Buch ist eine Facharbeit im Fach Chemie, doch eigentlich beschreibt es eine Möglichkeit spielerisch an das Thema Solarenergie heranzugehen. Es zeigt wie man mit einfachsten Mitteln auch Laien chemikalische Experimente veranschaulichen kann.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Themenfindung
1.2 Geschichte der Farbstoffsolarzelle
2. Funktionsweise
2.1 Aufbau
2.2 Reaktionen
3. Vorgehensweise
3.1 Material
3.2 Versuch
4. Ergebnisse
4.1 Ergebnisse der Versuche
4.2 Anleitung zu einer einfachen und günstigen Farbstoffsolarzelle
5. Fehler und Ungenauigkeiten
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die Funktionsweise von Farbstoffsolarzellen (Grätzelzellen) zu untersuchen und praktische Möglichkeiten zur Realisierung einer kostengünstigen und einfachen Zelle auf Basis handelsüblicher Haushaltsmittel zu identifizieren und zu vergleichen.
- Grundlagen und Geschichte der Farbstoffsolarzellentechnologie
- Detaillierte Analyse des Zellaufbaus und der physikalisch-chemischen Reaktionsvorgänge
- Einfluss verschiedener natürlicher Farbstoffe auf den Wirkungsgrad der Zelle
- Evaluation unterschiedlicher Elektrolyte unter Alltagsbedingungen
- Praktische Anleitung zum Bau einer funktionsfähigen Farbstoffsolarzelle
Auszug aus dem Buch
1.1 Themenfindung
Ich hatte mich mit einem Bekannten, den ich bei Jugend forscht kennen gelernt hatte, über Solarzellen unterhalten, da diese durch die energieaufwendige Siliziumherstellung erst nach etwa 4 Jahren ihre CO2-Emission wieder eingespart bzw. die Energierücklaufzeit überwunden haben. Er berichtete mir von seinem Projekt, indem er eine Grätzelzelle im Bezug auf den Wirkungsgrad verschiedener Farbstoffe untersuchen wollte. Das Thema der organischen Solarzelle interessierte mich auch und als bei der Themenfindung für die Facharbeit dieses Thema zur Sprache kam, war mir klar, dass ich es gerne übernehmen würde. Ich wollte zuerst eine „echte“ organische Solarzelle bauen. Dies würde allerdings nur auf die Synthese verschiedener leitender Polymere hinauslaufen. Deshalb entschloss ich mich, eine Farbstoffsolarzelle zu bauen. Diese ist allerdings keine rein organische, sodass ich das Thema von ursprünglich „Realisierung einer organischen Solarzelle“ zu „Realisierung einer organischen bzw. Farbstoffsolarzelle“ anpasste.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die persönliche Motivation des Autors zur Auseinandersetzung mit der Farbstoffsolarzellentechnologie und die Abgrenzung zum Thema der rein organischen Solarzellen.
2. Funktionsweise: Erläutert den Aufbau der Grätzelzelle und die zugrunde liegenden physikalisch-chemischen Prozesse, insbesondere die Elektronenübertragung bei der Photoanregung.
3. Vorgehensweise: Dokumentiert die Herausforderungen bei der Materialbeschaffung und die experimentelle Anordnung zur Testung verschiedener Haushaltsmittel.
4. Ergebnisse: Präsentiert die Leistungsdaten der untersuchten Farbstoff- und Elektrolytkombinationen sowie eine praktische Anleitung zum Nachbau der Zelle.
5. Fehler und Ungenauigkeiten: Reflektiert kritisch die Messmethodik, potenzielle Fehlerquellen bei der Durchführung und ordnet die Ergebnisse als tendenzielle Beobachtungen ein.
Schlüsselwörter
Farbstoffsolarzelle, Grätzelzelle, Photovoltaik, Titandioxid, Wirkungsgrad, Sonnenenergie, Elektrolyt, Photoanregung, Haushaltsmittel, Halbleiter, Elektronentransport, Nachhaltigkeit, Energierücklaufzeit, organische Solarzellen, Experimentelle Untersuchung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die Entwicklung und Untersuchung von Farbstoffsolarzellen, auch bekannt als Grätzelzellen, mit einem besonderen Fokus auf die Verwendbarkeit kostengünstiger, alltäglicher Materialien.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Felder sind der Aufbau von Solarzellen, die chemischen Reaktionen bei der Lichtabsorption durch Farbstoffe sowie der Vergleich verschiedener Materialkombinationen zur Stromerzeugung.
Welches primäre Ziel verfolgt die Arbeit?
Das Ziel ist es, zu zeigen, wie eine einfache Farbstoffsolarzelle mit Haushaltsmitteln konstruiert werden kann und welche Faktoren dabei die Effizienz der Zelle beeinflussen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Der Autor führt experimentelle Versuchsreihen durch, bei denen verschiedene organische Farbstoffe und Elektrolyte getestet und deren erzeugte Spannung sowie Stromstärke gemessen werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Erläuterung der Funktionsweise, eine detaillierte Beschreibung der Materialwahl und des Versuchsaufbaus sowie die Auswertung der gewonnenen Messdaten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Typische Begriffe sind Farbstoffsolarzelle, Grätzelzelle, Titandioxid, Photoanregung, Elektrolyt, Wirkungsgrad und experimentelle Forschung.
Warum erzielen rote Farbstoffe wie der Hibiskustee besonders gute Ergebnisse?
Der Autor stellt fest, dass stark färbende Stoffe eine höhere Farbstoffdichte aufweisen, was die Effizienz der Lichtaufnahme verbessert, wobei sich rote Anthocyane als besonders geeignet erweisen.
Beeinflusst die Wahl des Elektrolyten das Ergebnis stark?
Die Untersuchung zeigt, dass der spezifische Typ des Elektrolyten eine untergeordnete Rolle spielt, solange überhaupt ein Elektrolyt vorhanden ist, um den Stromfluss innerhalb der Zelle zu gewährleisten.
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- Benjamin Wilden (Autor), 2011, Realisierung einer organischen bzw. Farbstoffsolarzelle, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/233071
