Exkursionen zum Helmholtz-Zentrum

Experimentiertage der 10b und der 7b im Schülerlabor „Blick in die Materie“
in Berlin-Wannsee

Die Helmholtz-Gemeinschaft hat die Aufgabe, langfristige Forschungsziele des Staates und der Gesellschaft zu verfolgen und die Lebensgrundlagen des Menschen zu erhalten und zu verbessern. In der 1995 gegründeten Gemeinschaft haben sich bundesweit 19 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren zusammengeschlossen.

Zum Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) gehören zwei Großforschungs-Einrichtungen: Die Photonenquelle BESSY II in Berlin-Adlershof und die Neutronenquelle BER II in Berlin-Wannsee. Dort werden komplexe Materialsysteme erforscht, die dazu beitragen, Herausforderungen wie die Energiewende zu bewältigen. Dazu gehören u. A. Solarzellen, solare Brennstoffe, Thermoelektrika und Materialien, die zur elektrochemischen Speicherung von Energie dienen.

Das HZB betreibt außerdem an beiden Standorten das Schülerlabor „Blick in die Materie“. Am 15.11.2018 war die Klasse 10b und am 14.5.2019 die Klasse 7b zu Gast im Schülerlabor am Standort Wannsee, um sich mit dem Thema „Solarenergieforschung“ zu beschäftigen. Dazu gehörten der Bau einer Farbstoffsolarzelle, Experimente mit Solarzellen und der Betrieb eines Endverbrauchers mit den selbstgebauten Solarzellen.

Der Experimentiertag wurde im Unterrricht der 10b mit Hilfe der vom Schülerlabor zur Verfügung gestellten Materialien vorbereitet. Vor Ort arbeiteten die Schülerinnen und Schüler in 4 Gruppen; jede hatte ihren eigenen Betreuer bzw. ihre eigene Betreuerin.

Nach einer kurzen Einführung über die Forschungsbereiche des Helmholtz-Zentrums begannen die Schülerinnen und Schüler mit ihrer ersten Aufgabe: Diese bestand darin, eine Farbstoff-Solarzelle (Grätzel-Zelle) zu bauen.
Dazu meint Anastasia: „Besonders gut hat mir das Bauen der Zellen gefallen, da das in kleinen Gruppen geschehen ist, da es dadurch sehr entspannt war. Außerdem waren die Betreuer sehr nett und konnten uns alle unsere Fragen beantworten.“

Für jeden waren zwei Glasplättchen vorbereitet, die jeweils auf einer Seite eine elektrisch leitende Schicht besaßen. Zuerst wurde diese mit Hilfe eines Multimeters bestimmt.

Dann musste diese Seite mit einer gleichmäßigen Schicht aus TiO₂ (Titandioxid) versehen und diese dann getrocknet werden.

Die TiO₂-Schicht wurde nun mit einem Brenner eingebrannt.

Auf die eingebrannte TiO₂-Schicht wurde nun der Farbstoff aufgebracht, der wesentliche Bestandteil der Solarzelle, in dem die Ladungstrennung durch das Licht stattfindet. Dazu wurden die Glasplättchen in eine Schale mit Hibiskustee getaucht und danach getrocknet.

Nun wurde auf die elektrisch leitende Seite des zweiten Glasplättchens eine dünne Graphitschicht aufgebracht. Dies geschah durch Bereiben mit einem normalen Bleistift.

Die beiden verschiedenen Glasplättchen wurden jetzt mit ihren beschichteten Seiten aufeinander gelegt und mit Hilfe eines Streifens Klebefilm fest verbunden.

Zum Abschluss der ersten Aufgabe wurden ein paar Tropfen eines Elektrolyts in den Zwischenraum der beiden Glasplättchen eingebracht.

Und fertig war die selbstgebaute Farbstoff-Solarzelle!

Nach einer wohlverdienten Pause wurden die selbstgebauten Zellen mit Hilfe eines Multimeters ausgemessen (Spannung und Stromstärke), und die Werte der verschiendenen Zellen wurden verglichen.

Schließlich wurden mehrere Zellen in Reihe geschaltet und siehe da: Schon mit vier Zellen in Reihenschaltung konnte ein Taschenrechner betrieben werden!

Abschließend konnten die Gruppen ihr Verständnis bezüglich Aufbau und Funktionsweise der Grätzel-Zelle vertiefen und festigen, indem sie ein Modell der Zelle in Form eines Puzzles zusammenstellten.

Hier eine Zeichung von Edgar, die schematisch den Aufbau der Grätzel-Zelle zeigt:

Nach vier Stunden im Helmholtz-Schülerlabor endete ein interessanter und lehrreicher Experimentiertag. Und den Schülerinnen und Schülern hat es Spaß gemacht.
Marie schreibt: „Mir hat es auf der Exkursion sehr gut gefallen, weil wir viel über Solarzelle gelernt haben und unser Wissen auch anwenden durften, als wir eine Solarzelle gebaut haben. Vor allem hat mich die Behandlung der Augentumore interessiert, […]. Ich persönlich kann mir vorstellen, später etwas in Richtung Augenheilkunde zu arbeiten. “

Text: Marie B., Anastasia K., Kirski
Zeichnung: Edgar G.
Fotos: Lenke, Kirski

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