Die Teilnehmer sind gut vorbereitet. „Der Rohstoffabbau für die Solarzellen aus Silizium ist sehr problematisch“, sagt die 15-jährige Felicia, die aufs Karl-Maybach-Gymnasium geht und sich für Umweltschutz interessiert.

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Der gleichaltrige Niklas besucht die Bodenseeschule. „Man kann diese Solarzellen nicht mehr wiederverwenden, sie bestehen aus giftigen Materialien“, ergänzt er. Paul ist 14, Schüler des Spohn-Gymnasiums in Ravensburg, und er hat schon mit herkömmlichen Solarzellen experimentiert. „Die Grätzelzellen sind nicht so effektiv bei direkter Sonneneinstrahlung, aber sie erzielen bei Wolken bessere Ergebnisse“, sagt er.

Vorteile der Pflanzensolarzelle

Workshop-Leiter Franz John bestätigt: „Es gibt einen DIN-Standard für die Energieeffizienz, der bezieht sich auf direkte Sonneneinstrahlung im Sommer. Aber auf das ganze Jahr gesehen, liefern die modernen Pflanzensolarzellen genauso viel Energie.“ Sie hätten noch weitere Vorteile: Sie liefern auch Strom, wenn der Neigungswinkel zur Sonne nicht ideal ist. „Und wenn sie nicht mehr funktionieren, kann man sie auseinanderschrauben, abwaschen und die Platten wiederverwenden.“

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Franz John ist Künstler aus Berlin und der diesjährige Stipendiat der ZF-Kunststiftung. Er kreiert Licht- und Klanginstallationen. „Ich male nicht viel, ich mache mehr Medientechnik. Da habe ich mich gefragt, gibt es nicht Möglichkeiten, den Strom für meine Kunst selbst zu erzeugen, mit Pflanzen, die bei uns vor der Haustür wachsen“, erzählt er den Schülern.

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Er stieß auf die Erfindung von Michael Grätzel, der im Schweizer Lausanne in einer Solarzelle die Photosynthese von Pflanzen imitiert. Jetzt gewinnt John die Energie für seine Kunst aus einheimischen Nutzpflanzen. Am Bodensee arbeitet er mit Tettnanger Hopfen – seine Ergebnisse wird er ab Mitte Oktober in einer Ausstellung im Zeppelin Museum zeigen.

Felicias Arbeitsgruppe hat eine Glasplatte mit Pfefferminz gefärbt.
Felicias Arbeitsgruppe hat eine Glasplatte mit Pfefferminz gefärbt. | Bild: Corinna Raupach

Beim Workshop in der Wissenswerkstatt zeigt er den Teilnehmern, wie sie eine Farbsolarzelle bauen können. Um die Arbeit zu erleichtern, hat er mit leitfähigen Metalloxiden beschichtete Glasplättchen dabei. „Ich habe mit einem Abiturkurs in Berlin einmal die Beschichtung gemacht. Dafür mussten wir sintern, da sind viele Platten gebrochen“, sagt er. Für die ersten Zellen kocht er Tee: Malve, Brennessel, Pfefferminz und Kamille. Hochkonzentriert sind die jungen Leute bei der Arbeit, bauen, messen, analysieren und suchen Fehler.

Erste Gruppe erzielt Spitzenwert

Die erste Arbeitsgruppe erzielt mit einer dunkel-lila Malvenzelle Spitzenwerte von 700 Mikroampere und 312 Millivolt. „Wenn ihr davon mehrere hintereinander schaltet, könntet ihr damit einen Taschenrechner betreiben“, sagt John. Die zweite Malvenzelle bringt wesentlich geringere Werte. „Da war ein Fehler im Titandioxid„, vermutet Paul. Die Kamille kommt nur auf zwei Millivolt. „Ich bin mit dem Finger auf die Platte gekommen“, gesteht Peter.

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Am zweiten Tag dürfen die Teilnehmer Pflanzen aus dem eigenen Garten mitbringen. Paul hat Hopfen dabei, Peter Gurken und Felicia Holunder, Salbei und Blaukraut. Nachdem sie gemörsert oder püriert, gefiltert und die Glasplättchen eingelegt haben, gibt es die ersten Überraschungen. Das tiefgrüne Gurkenextrakt färbt das Plättchen kaum, die Zelle bringt dann aber eine Spannung von immerhin 468 Millivolt. Blaukraut sondert dunkelgrünen Saft ab und hat gute Werte. Sehr gut schneidet der Hopfen ab mit 560 Millivolt und 218 Mikroampere.

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Als der Workshop vorbei ist, haben nicht nur die Jugendlichen schon die nächsten Ideen. „Ich würde gern einmal mit Pflanzenfarben färben“, sagt Felicia. Paul hat Pläne für den nächsten Sommer. „Da bestelle ich mir solche Plättchen und schalte Hopfenzellen hintereinander“, sagt er. Oliver Knapp von der Wissenswerkstatt wird die Grätzelzellen in den nächsten Bionik-Kurs aufnehmen.

Schritt für Schritt zur Grätzelzelle

Bild: Corinna Raupach

Die mitgebrachten Pflanzen werden püriert oder gemörsert. Bei Blattpflanzen findet das Laub, bei Blumen die Blütenblätter, bei Gurken die Schalen und bei Früchten die ganze Frucht Verwendung. Destilliertes Wasser hilft dabei, die Pflanzenfarbstoffe zu lösen. Die Masse kommt in ein Teesieb, das so gefilterte Konzentrat mit den gelösten Pflanzenfarbstoffen läuft in einen Behälter.

Bild: Corinna Raupach

Eine mit dotiertem Zinnoxid als elektrischem Leiter und dem ebenfalls leitenden Titandioxid beschichtete Glasplatte wird für etwa zehn Minuten in die Pflanzenfarbe gelegt. Hat sie den Farbstoff aufgenommen, wird sie unter fließendem, dann in destilliertem Wasser gespült und zum Trocknen aufgestellt. Dabei darf kein Finger die Flächen berühren – Fett macht die Zelle unbrauchbar.

Bild: Corinna Raupach

Die zweite Glasplatte ist ebenfalls mit Zinnoxid beschichtet. Jetzt kommt ein handelsüblicher Bleistift mit dem Härtegrad B8 zum Einsatz – nicht zeichnen, sondern kräftig schraffieren ist jetzt gefragt. Das Graphit soll vor allem auch auf den Rändern der Platte ankommen. Es dient als Katalysator. Auch der Ruß einer echten Wachskerze würde diesen Zweck erfüllen, das ist aber aufwendiger.

Bild: Corinna Raupach

Ist die Glasplatte mit dem Titandioxid und dem Pflanzenfarbstoff getrocknet, bekommt sie einen Tropfen Kaliumjodidlösung. Wenn der Farbstoff Licht absorbiert, werden durch die energetische Anregung Elektronen freigesetzt. Als Elektrolyt sorgt das Kaliumjodid dafür, dass die Elektronen tatsächlich zur Anode – der Zinnoxidschicht hinter dem Titandioxid – geleitet werden.

Bild: Corinna Raupach

Die beiden Platten werden schließlich so zusammengebracht, dass die Graphitschicht auf die mit dem Kaliumiodid betropfte Farbschicht trifft. Um einen Plus- und einen Minuspol zu erzeugen, müssen die Platten versetzt aufeinander liegen. Zwei Klammern halten die Grätzelzelle hier zusammen. Die Profis im Schweizerischen Lausanne verkleben sie luftdicht – Nagellack funktioniert aber auch.

Bild: Corinna Raupach

Der Moment der Wahrheit: Unter einer Tageslichtlampe erweist sich, wie viel Strom die fertigen Grätzelzelle produziert. Ein Strommessgerät misst die erzeugte Spannung (Volt) und die Stromstärke (Ampere). Jede der gebauten Zellen funktioniert – allerdings bleiben die Wert im Millivolt- und Mikroampere-Bereich. Für den Betrieb eines elektrischen Haushaltsgeräts reicht das nicht aus.