自宅で太陽電池を作る方法

太陽エネルギーは、世界で最も成長している代替エネルギーのひとつです。本格的なソーラーパネルを作るにはある程度の技術と忍耐が必要ですが、小型の太陽電池であれば、初心者でもソーラーパネルと同じ原理を適用して作ることができます。太陽電池を自作することは、ソーラーパネルの特性をするのに役立ちます。少量の二酸化チタンを用意すれば、太陽電池を作って光を電力に変換することができます。

パート 1

パート 1 の 3:
二酸化チタンを入手する

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白い粉がまぶされたドーナツを集める　白い粉がまぶされたドーナツを一袋購入しましょう。この白い粉には、二酸化チタン（TiO₂）と呼ばれる化学物質が含まれています。二酸化チタンは太陽電池を作るのに役立ちます。^{[1]
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砂糖を溶かす　残念ながらドーナツにまぶされた粉には、二酸化チタン以外に砂糖や脂肪などの不純物が含まれています。砂糖を取り除くには、粉をお湯に入れてかき混ぜてフィルターで濾します（コーヒーフィルターを使うとよいでしょう）。砂糖はお湯に溶けてフィルターを通過します。フィルターに残る固形物は二酸化チタンと脂肪の混合物です。^{[2]
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- 目安として、ドーナツ5個につきカップ1杯のお湯を使いましょう。
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脂肪を取り除く　脂肪は水やお湯に溶けないため、フィルターを通らずに二酸化チタンとともに残ります。幸いなことに、この残留物から簡単に脂肪を取り除くことができます。耐熱皿に残留物を移してオーブンに入れ、500度で3時間焼きましょう。これによって、脂肪が蒸発して二酸化チタンの粉末が残ります。^{[3]
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パート 2

パート 2 の 3:
太陽電池を作る

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導電ガラスを利用する　大半の導電ガラスにはITO（インジウムスズ酸化物）の薄膜がコーティングされています。このITOの薄膜によって、絶縁体であるガラスの表面に電気が流れるようになります。導電ガラスはオランラインで購入できます。^{[4]
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- 一般的に、導電ガラスのサイズは2.54cm角です。
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二酸化チタン溶液を作る　ガラスビーカーに二酸化チタンを入れます。そこにエタノールを注いでかき混ぜましょう。ここで使うエタノールは、できるだけ純度の高いものを使う必要があります。実験室用のエタノール（純度99.5%以上）が最適ですが、準備できない場合は、ウォッカやエバークリア（Everclear）で代用することもできます。^{[5]
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- ドーナツ1個につき1mLのエタノールをコップやビーカーに注ぎ、かき混ぜましょう。
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ガラスをコーティングする　ガラスの3辺にテープを貼りましょう。こうしてテープを貼ることで、コーティングの厚さを制御しやすくなります。スポイトやピペットを使って、二酸化チタン溶液をガラスの表面に少量滴下します。続いて、スライドガラスで余分な溶液をそぎ落し、コーティングの薄い膜を残します。この作業を10回繰り返しましょう。^{[6]
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- 1回あたりの溶液の滴下量は、ガラスに薄いコーティング膜を1層作るのに十分な量でなければなりません。合計10回滴下して、二酸化チタンの膜を10層作りましょう。
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太陽電池を加熱する　太陽電池を清潔な耐熱ビーカーまたは耐熱皿にのせ、それをホットプレートの上に置きます（太陽電池を直接ホットプレートの上に置いてもよいでしょう）。ホットプレートの電源を入れて、太陽電池を10～20分間加熱します。^{[7]
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- 加熱中は太陽電池を注意深く観察しなければなりません。太陽電池の色が茶色に変わり、白色に戻ります。こうして元の白色に戻ったら、有機溶媒（エタノール）が燃焼したことを示します。これで太陽電池の加熱は完了です。
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太陽電池にお茶で色をつける　お茶には、アントシアニンと呼ばれる有機化合物が含まれており、アントシアニンには、可視光をよく吸収する性質があります。カップにハーブティーを入れて太陽電池を数時間浸しましょう。ハイビスカスティーのような濃い色のお茶が最も効果的です。太陽電池をお茶に数時間浸すことで、色がついて表面にアントシアニンが定着します。これで、太陽電池は可視光を吸収できるようになります。^{[8]
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- 色をつける前の太陽電池が吸収できるのは、紫外線のみです。
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パート 3

パート 3 の 3:
太陽電池で発電する

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もう１枚の導電ガラスに黒鉛を塗りつける　このガラスは対電極の役割を果たします。普通の黒鉛筆を利用することができます。黒鉛筆の先端をガラスにこすりつけて、ガラス全体に黒鉛を塗布しましょう。^{[9]
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2枚のガラスの間にスペーサーを入れる　2枚のガラスの間に入れるスペーサーには、薄いプラスチックを切って使うことができます。スペーサーは、それぞれのガラスの何も塗られていない面（お茶や黒鉛がついているのと反対側の面）の間に入れましょう。別の方法として、スペーサーの代わりに、ガラスの何も塗られていない面の縁を囲むようにテープを貼ることもできます。テープが2枚のガラスの間にわずかな隙間を作り出します。^{[10]
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ガラスの隙間に電解液を入れる　ヨード液は、電解液として使うのに最適であり、大半の薬局で販売されています。ヨード液とエタノール（アルコール）を3:1の割合で混ぜましょう。こうして混ぜた溶液を2枚のガラスの隙間に1、2滴注入します。^{[11]
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2枚のガラスをしっかりと押し付ける　前のステップで注入した溶液が蒸発する前に、2枚のガラスをしっかりと押し付け、ワニ口クリップを使って動かないように固定しましょう。これで、太陽電池は光を受けると電流を流すことができるようになります。^{[12]
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出典文献}
- 太陽電池を日光の下に置き、マルチメーターを使って電流が流れることを確かめることができます。
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