染料敏化奈米材料太阳电池之简易自制实验融入科普活动的实施成效

摘要

植物所含的花青素能吸收太阳光内的可见光源,使其中的电子被激活,进而敏化奈米级二氧化钛晶粒对此类电子的吸附能力,达到电荷传输及光电转换的目的。利用这个原理,科学家研制出有别于以矽基材制作的新型太阳电池,称为“染料敏化奈米二氧化钛晶粒之太阳电池”(Dye Sensitized TiO2 Nanocrystalline Solar Cells,DSSC,染料太阳电池)。这种太阳电池的实验成本低、制程技术层次低。对一般社会大众而言,教与学的乐趣高、成效高。这里介绍简易的自制实验,可以以日常生活中易于取得的器材,在一般环境及条件下,数小时内制作出一个可发电的太阳电池。染料敏化剂是水果或藻类的汁液,二氧化钛奈米晶粒则取自常用的美白和光触媒产品。整个实验的材料成本低廉。自制太阳电池的成功率高;光电转换效率足以驱动液晶显示器等低瓦器件。本实验隶属奈米,能源,光电,生化,仿生科技等领域,是跨多个领域的高度交叉科学。本文报告我们所开发的简易自制太阳电池实验及教学流程,讨论这些教材在不同学制,不同性质之课程中学习者所获得的成效,并分享参与活动的教师和助教的成长和受益,并探讨以跨领域尖端科技简易动手自己做(Do It Yourself,DIY)之实验取代传统的物理理论验证实验,使之融入基础物理教学和大众科普教育的效益。