色素増感太陽電池を取り入れた,「物の色と補色」に関する学生実験用教材の開発

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本研究の目的は「物の色と補色の関係」について理解させるための基礎科学実験用教材としての色素増感太陽電池の利用可能性を調べることである.本研究は次の手順により行った.1. 導電性ガラスに酸化チタン膜を焼付けた後,色素の水又はエタノール溶液に入れて色素を吸着させて,太陽電池を作製した.2. 1つの色の太陽電池に対して,光源(ハロゲンランプ)と太陽電池との間にカラーフィルターを置き,当てる光の色を変えた場合のその発電電流値(短絡電流)を測定した.3. 2の結果と太陽電池の色とを比較し,色相環から期待される結果が得られているか調べた.4. その他の色の太陽電池でも同様に調べ,実験教材として,色素増感太陽電池が利用可能か否かの検討をした.なお,用いた色素は赤:エオシンY,青:ブリリアントブルーFCF,黄:クマリン343,緑:銅クロロフィリンナトリウムである.上記手順で研究を行った結果,どの色素を吸着した太陽電池に対しても,当てる光の色を変えることにより短絡電流値の変化が観られた.特に変化が大きく観測された色素はエオシンYとクマリン343であった.電池の色と短絡電流値の変化の関係を補色の観点からみると,色相環から期待される結果と微妙に色のズレが見られた色素もあったものの,概ね電池の色に近い色の光を当てると極小に,その補色に近い色の光を当てると極大になった.色のズレの原因は,人間の色感覚の違いや,吸着させた色素の可視光領域での吸収帯が比較的ブロードであることに加え,カラーフィルターを使っているために当てる光の波長もシャープではなかったためと考えられる.以上の結果より,色素増感太陽電池はそれを製作する楽しさを教えるという教材としてだけでなく,使用する色素が限定されるが,物の色と光の吸収(補色)との基本的な関係を教える実験教材としても利用可能あることが分かった.