色素増感太陽電池を作って発電実験をしてみよう ーSPPでの授業実践を通してー 川村 康文 「遺伝 2005年11月号」掲載 川村研究室B4 新井 悠也
はじめに エネルギー・環境教育の重要性が増大したが… 実験を通して学ぶ科学的な学習教材の不足！ 実際に自然に吹く風を利用していない 風力発電 太陽電池そのものを作る実践は少ない 太陽光発電 実験を通して学ぶ科学的な学習教材の不足！
太陽電池を実際に作ることを通して学ぶエネルギー・環境教育の授業実践 そこで… 太陽電池を実際に作ることを通して学ぶエネルギー・環境教育の授業実践 色素増感太陽電池
色素増感太陽電池とは？ 身近なものが多い！ 材料 ・電気伝導性透明電極 ・二酸化チタン←化粧品や白色顔料 ・有機色素←紫キャベツやブルーベリーなど天然色素 ・ヨウ素溶液←うがい薬など 身近なものが多い！
色素によって感じることのできる光の波長領域を増やす 「色素増感」の由来 二酸化チタンは紫外線域を吸収するが、 可視光線領域はあまり吸収できない！ 色素によって感じることのできる光の波長領域を増やす
色素増感太陽電池のメリット ・低コスト、比較的小規模の施設での製作が可能 ・環境への負荷が比較的少ない 一方、現在普及しているアモルファスシリコンの太陽電池では… ・製造に要するエネルギー量が膨大かつ高い技術力が必要！ ・大量の産業廃棄物が出てしまう！
発電の原理 負極 3I-→I3-+2e- I- I- I3- I- 正極 I3-+2e- → 3I- 光 h+ h+ e- e- e- e- ガラス板（負極） 二酸化チタン h+ h+ e- 色素 e- e- e- I- I- I3- I- e- e- 黒鉛 ヨウ素液 導電膜 ガラス版（正極） 正極 I3-+2e- → 3I- 色素増感太陽電池 →「光合成型太陽電池」
作り方 ①電気伝導性ガラスの導電面に二酸化チタンを塗る。 ②ガラスをコンロであぶり、多孔質化する。（色素が吸着する表面積→大） ③ガラスを色素液に浸し、染色する。
作り方 ①正極はガラスの導電面に鉛筆を用いて黒鉛を塗りつける。 ②２枚のガラスのコーティングした面を向かい合わせクリップで固定する（間にヨウ素溶液を１～２滴入れる）
授業案 １時間目 ・発電実験の演示 ・材料の日常生活における用途紹介 ・電極作り ・二酸化チタンの焼き付け ・炭素の塗布
授業案 ２時間目 ・電極作り（続き） ・二酸化チタンの染色 ・２枚のガラスの間にヨウ素液を１、２ 滴入れて完成 ・発電実験 ・２枚のガラスの間にヨウ素液を１、２ 滴入れて完成 ・発電実験 ・電子メロディーが鳴るか
生徒たちが自分たちなりの「ぷち発明」を行う時間 授業案 ３時間目 ・色素増感太陽電池の応用 ・使用する色素や太陽電池の配置を変え て発電効率を比較する 生徒たちが自分たちなりの「ぷち発明」を行う時間
教材としての色素増感太陽電池 ・学校教育以外では →サイエンスEネット（実験のボランティア団体）小学生対象の実験教室で ・一方、高校物理では →エネルギー学習の教材として位置づけ ・中学校では →総合的な学習の時間での教材として注目
・この太陽電池の研究をしてみたくなった！ 太陽電池はハイテクで、自分たちでは作れない。 太陽電池を自分で作ることができて感動した！ 授業実践 ・花の力で発電できて夢を感じた！ ・この太陽電池の研究をしてみたくなった！ ・長野市立桜ヶ岡中学校 ・鳥取県立青谷高校 太陽電池はハイテクで、自分たちでは作れない。 太陽電池を自分で作ることができて感動した！
エネルギー・地球環境問題に対する興味・関心 おわりに ・太陽電池を自分たちで作って発電 ・使う材料が日常生活で用いられる身近なもの 実体験 エネルギー・地球環境問題に対する興味・関心
論文を読んで ・生徒が興味・関心をもつことができるような「きっかけ」を多く作っていきたい。 ・「生徒でもできる」ことを体験させることの大切さを感じた。