氧化銅太陽(yáng)能電池制作方法

一、 所需器材:銅片、肥皂清潔劑、食鹽、水、量杯、天平、三腳架、陶瓷纖維網(wǎng)、酒精燈、 三用電表、鱷魚(yú)夾、直尺、螺旋測(cè)微器。二、實(shí)驗(yàn)步驟:1.裁好所需尺寸大小的銅片兩片，并以肥皂清洗，去除表面油污。2.將銅片乾燥后，以酒精燈加熱銅片，直到銅片表面全部變黑3.將加熱好的銅片氧化銅靜置冷卻。 注意:氧化銅極易脫落，冷卻時(shí)應(yīng)避免移動(dòng)或觸碰4.調(diào)配好所需濃度的食鹽水溶液500mL。5.將銅片與氧化銅片浸入食鹽水中適當(dāng)深度，并以鱷魚(yú)夾固定后，以電線分別連接三用電表之正負(fù)極。6.將步驟五之實(shí)驗(yàn)裝置置於陽(yáng)光下，并注意將黑色的氧化銅面正向陽(yáng)光肆、研究方法1. 實(shí)驗(yàn)一:食鹽水濃度的影響控制變因:反應(yīng)物在液面下的面積12.5cm2、食鹽水體積500mL、銅片的大小 5*5cm2 與厚薄、銅片加熱為氧化銅的時(shí)間30分鐘 、實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間中午12:30。操縱變因:食鹽水濃度5%、10%、15%應(yīng)變變因:輸出電流的大小。2. 實(shí)驗(yàn)二:反應(yīng)物在液面下面積的影響控制變因:食鹽水濃度10%、食鹽水體積500mL、銅片的大小 5*5cm2 與厚薄、銅片加熱為氧化銅的時(shí)間30分鐘 、實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間中午12:30。操縱變因:反應(yīng)物在液面下的面積12.5cm2、6.25cm2。應(yīng)變變因:輸出電流的大小。3. 實(shí)驗(yàn)三:銅片厚薄的影響控制變因:食鹽水濃度10%、食鹽水體積500mL、銅片的大小 5*5cm2 、銅片加熱為氧化銅的時(shí)間30分鐘 、反應(yīng)物在液面下的面積 12.5 cm2 、實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間中午12:30。操縱變因:銅片厚薄0.1mm、0.05mm應(yīng)變變因:輸出電流的大小。4. 實(shí)驗(yàn)四:銅片的大小的影響控制變因:食鹽水濃度10%、食鹽水體積500mL、銅片的厚薄、銅片加熱為氧化銅的時(shí)間30分鐘 、反應(yīng)物在液面下的面積12.5 cm2 、18 cm2 、實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間中午12:30。操縱變因:銅片大小 5*5cm2 、6*6cm2 應(yīng)變變因:輸出電流的大小。5. 實(shí)驗(yàn)五:電解液種類(lèi)的影響控制變因:電解液濃度10%、食鹽水體積500mL、銅片的大小 5*5cm2 、厚薄、銅片加熱為氧化銅的時(shí)間30分鐘 、反應(yīng)物在液面下的面積12.5 cm2 、實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間中午12:30。操縱變因:電解液種類(lèi)食鹽水、硫酸銅水溶液應(yīng)變變因:輸出電流的大小。6. 實(shí)驗(yàn)六:不同金屬片的影響控制變因:食鹽水濃度10%、食鹽水體積500mL、銅片的大小 5*5cm2 、厚薄、金屬片加熱的時(shí)間30分鐘 、反應(yīng)物在液面下的面積 12.5cm2 、實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間中午12:30。操縱變因:不同金屬片銅片、鋁片應(yīng)變變因:輸出電流的大小。7. 實(shí)驗(yàn)七:銅片燃燒的時(shí)間控制變因:食鹽水濃度10%、食鹽水體積500mL、銅片的大小 5*5cm2 、厚薄、反應(yīng)物在液面下的面積 12.5 cm2 、實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間中午12:30。操縱變因:金屬片加熱的時(shí)間30分鐘、1小時(shí)。應(yīng)變變因:輸出電流的大小。伍、研究成果與討論1 實(shí)驗(yàn)一:食鹽水濃度的影響開(kāi)始時(shí)間:民國(guó)九十二年三月三日中午12:30表1-1食鹽水濃度15%時(shí)間分 0 26 48 53 69 72 93 150電流mA 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35表1-2食鹽水濃度10%時(shí)間分 0 18 26 59 74 77 106 142電流mA 0.8 0.75 0.7 0.65 0.65 0.55 0.5 0.45表1-3食鹽水濃度5%時(shí)間分 0 25 47 75 86 94 117 156電流mA 0.75 0.7 0.65 0.6 0.5 0.55 0.45 0.4當(dāng)食鹽水濃度15%時(shí)，電池最大電流有0.7mA；而食鹽水濃度10%時(shí)，電池最大電流有0.80mA；食鹽水濃度5%時(shí)，電池的最大電流0.75mA。也就是說(shuō)，食鹽水濃度太大，反而形成輸出電流的阻力食鹽水溶液中導(dǎo)電粒子碰撞的機(jī)率增高因此，在以下的實(shí)驗(yàn)中，我們決定采用食鹽水濃度10%為最佳。另外，值得一提的是，食鹽水溶液會(huì)逐漸變?yōu)榈G色，我們認(rèn)為可能是銅綠所造成的。2 實(shí)驗(yàn)二:反應(yīng)物在液面下面積的影響開(kāi)始時(shí)間:民國(guó)九十二年三月二日中午12:30表2-1浸入面積:12.5cm2時(shí)間分 0 13 39 43 56 60 67電流mA 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5表2-2浸入面積:6.25cm2時(shí)間分 0 2 5 8 20 44 65電流mA 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15當(dāng)銅片與氧化銅片浸入食鹽水中的面積達(dá)一半時(shí)，電池最大電流有0.8mA；當(dāng)銅片與氧化銅片浸入食鹽水中的面積達(dá)四分之一時(shí)的最大電流0.45mA。所以，我們認(rèn)為反應(yīng)物在液面下面積越大所產(chǎn)生的電流也就越大。3 實(shí)驗(yàn)三:銅片厚薄的影響開(kāi)始時(shí)間:民國(guó)九十二年三月四中午12:30表3-1 較厚銅片 厚度0.5mm時(shí)間分 0 26 48 53 69 72 93電流mA 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5表3-2 較薄銅 片厚度 1mm時(shí)間分 0 13 39 43 56 60 67電流mA 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5當(dāng)較薄銅片反應(yīng)時(shí)，電池最大電流0.8mA；換上較厚的銅片 ，最大電流亦是0.8mA。顯示出銅片的厚薄并非影響輸出電流大小的主要變因。4 實(shí)驗(yàn)四:銅片的大小的影響開(kāi)始時(shí)間:民國(guó)九十二年三月五日中午12:30表4-1 銅片的大小 :36 cm2時(shí)間分 0 12 15 75 107 121 150電流mA 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5表4-2 銅片的大小 :25 cm2時(shí)間分 0 12 55 84 112 147 163電流mA 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35我們發(fā)現(xiàn)以面積36cm2的銅片為電極的電池，電流0.8mA；而以25M2的銅片為電極的電池，電流0.65mA。這項(xiàng)結(jié)果與討論二意義相同，而「太陽(yáng)能電池需要大面積來(lái)產(chǎn)生較大的電流」在此亦可得到驗(yàn)證。5 實(shí)驗(yàn)五:電解液種類(lèi)的影響開(kāi)始時(shí)間:民國(guó)九十二年三月六中午12:30表5-1電解液:食鹽水10%時(shí)間分 0 3 14 27 41 87 122電流mA 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25表5-2電解液:硫酸銅水溶液10%時(shí)間分 0 13 44 57 77 90 120電流mA 0.1 0.05 0 0.05 0 0 0我們用硫酸銅水溶液和食鹽水來(lái)比較，發(fā)現(xiàn)以硫酸銅水溶液為電解液的電池最大電流只有0.1mA而以食鹽水為電解液的電池最大電流有0.55mA，為什N硫酸銅溶液最大電流會(huì)那N?。课覀兿肟赡苁且?yàn)樨?fù)極的氧化銅片和硫酸銅水溶液中的銅離子Cu+2活性相近，不利於溶液中離子的導(dǎo)電，電流也小。所以，電解液的種類(lèi)是影響電池電流的重要因素之一。6 實(shí)驗(yàn)六:不同金屬片的影響開(kāi)始時(shí)間:民國(guó)九十二年三月七中午12:30表6-1金屬片:銅片時(shí)間分 0 26 48 53 69 72 93電流mA 0.8 0.75 0.7 0.65 0.55 0.5 0.45表6-2金屬片:鋁片時(shí)間分 0 26 48 60 75 90 120電流mA 0.1 0.05 0 0 0 0 0我們使用了銅片和鋁片，發(fā)現(xiàn)以銅片為電極的電池最大電流是0.80mA；以鋁片為電極的電池最大電流只有0.10mA。我們想，有可能是選用鋁片作為電極時(shí)，并不適合以食鹽水溶液作為電解液；也有可能鋁片本身就不適合作為太陽(yáng)能電池的電極。7 實(shí)驗(yàn)七:銅片燃燒的時(shí)間開(kāi)始時(shí)間:民國(guó)九十二年三月八中午12:30表7-1 銅片燃燒的時(shí)間1小時(shí)時(shí)間分 0 2 4 32 41 63 84電流mA 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4表7-2銅片燃燒的時(shí)間30分鐘時(shí)間分 0 26 48 53 69 72 93電流mA 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5銅片燃燒時(shí)間為一小時(shí)，最大電流有0.70mA，可是當(dāng)銅片燃燒時(shí)間三十分鐘，最大電流有0.80mA。可見(jiàn)在制作氧化銅片時(shí)，雖然加熱愈久，產(chǎn)生的氧化銅愈多，但可能因溫度過(guò)高，反而導(dǎo)致生成的黑色的氧化銅更易脫落，真正附著於銅片表面的氧化銅較少，所以，電池的電流不增反減。因此，銅片燃燒時(shí)間最好設(shè)定在三十分鐘。陸、結(jié)論一 本實(shí)驗(yàn)在日照下，由負(fù)極氧化銅片上的光電效應(yīng)所產(chǎn)生之電子，配合銅片作為正極以及電解液食鹽水的導(dǎo)電，可對(duì)外輸出電流0.8mA本次實(shí)驗(yàn)的最大電流。若在室內(nèi)或陽(yáng)光不充足的地方，本實(shí)驗(yàn)裝置亦可產(chǎn)生約0.1mA的電流，不過(guò)此時(shí)的電流應(yīng)該是氧化還原反應(yīng)所產(chǎn)生的，而且負(fù)極是銅片，正極為氧化銅。所以，本實(shí)驗(yàn)裝置的確是屬於太陽(yáng)能電池的一種。二 本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是取得材料容易，而在適當(dāng)?shù)臈l件下，諸如:日照充足、以濃度10％的食鹽水作為電解液，置於食鹽水面下的銅片與氧化銅片面積愈大愈好，加熱銅片以三十分鐘較佳，實(shí)驗(yàn)所得的電流較為可觀。三 本實(shí)驗(yàn)有兩點(diǎn)可供改良之處:1氧化銅片常容易在拿取或?qū)嶒?yàn)的過(guò)程中脫落，可在氧化銅表面以一層透明膠帶黏著，以避免造成輸出電流減少或?qū)е聦?shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差。2加熱銅片可以用烤箱來(lái)取代，不僅加熱較為均勻，烤箱亦可以設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)短與熱源強(qiáng)度，增加實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度。柒、參考文獻(xiàn)1. 自然科學(xué)知識(shí)文庫(kù) ，臺(tái)北市，北一出版，1978。2. 科學(xué)教授 ，臺(tái)北市，故鄉(xiāng)出版，1981。3. 電池組與能源系統(tǒng)，爾泰曼著，張桐生譯，臺(tái)北市，徐氏出版，1989。4. 普通物理學(xué)第四冊(cè)，Harris Benson著，張潔儀、鄭宜男譯，臺(tái)北，狀元出版社，1992。