利用蔬果轉換光電 太陽能電池發電很天然

羅智華 |2012.01.06
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菠菜、葡萄、高麗菜……這些我們日常生活中常吃的蔬菜水果,只要結合科學原理,也能成為幫助太陽能發電的重要媒介!為讓同學明白「染料敏化太陽能電池」的製作原理,台灣科技大學機械系助理教授郭俞麟發揮巧思,在課堂上讓同學從蔬菜、水果中取得太陽能電池所需的染料,學習如何自己製作太陽能電池,讓同學們大呼超有趣、好有成就感!

「我希望透過實驗讓學生明白,不仰賴高科技也能作出環保安全的有機太陽能電池,郭俞麟表示,很多學生常被課本上的科學理論弄得一頭霧水,為打通科學基礎的任督二脈,他將製作「染料敏化太陽能電池」的材料與步驟一一列出,鼓勵學生找尋周遭唾手可得的蔬果材料來製作太陽能電池,從DIY過程中知其然,並知其所以然。他笑著說,實驗結果發現與其由老師在講台上說得口沫橫飛,不如帶領學生親手做一回,透過實際操作幫助學生將太陽能電池的製作原理融會貫通。

有趣的是,同學的創意也超乎教授原有想像!為了測試哪些蔬菜、水果適合用來作電池染料,有學生將菠菜、番薯葉、紫色高麗菜打成汁作成染料,也有人突發奇想,拿了石蓮汁、葡萄皮以及水蜜桃葉、李子葉與梨子葉做實驗,甚至還有住在北投的學生特地拔了社區生長的蕨類食物來測試,沒想到發電效能比許多植物都來得突出。透過自身DIY,不但將「紙上談兵」的科學理論化身為實用的實驗步驟,也因此更了解科學原理的來龍去脈,學到如何從生活中將常見蔬果變身為可用來發電的環保染料,深具創意的課程設計除了獲同學好評,亦得到台科大創新教學獎肯定。

為何蔬果可以作為染料敏化太陽能電池的轉換媒介呢?郭俞麟表示,大家都知道光和作用的原理是讓植物吸收二氧化碳,經由葉綠素產生氧,但多數人並不曉得,在製造氧氣的過程中,葉綠素也會釋放出電子,這就是所謂的「電化學」反應。

他進一步解釋,「敏化」就是「激發」的意思,以葡萄本身含有的花青素為例,當花青素受到陽光照射後,就會變成「激發狀態」的染料,進而將內部電子釋出,這個轉換過程就稱為化學上的「敏化程序」。同樣道理,從蔬菜水果中萃取的染料,在經過太陽光照射後,也會觸動電化學反應並產生電子。而蔬果染料的角色就是扮演把「光」轉換成「電」的媒介,由於染料本身無法直接產生電子,須經由太陽光的照射來產生電子,因此就可借助其特性製作出太陽能電池。





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