Uno dei problemi per Javier Vela e i chimici del suo gruppo di ricerca della Iowa State University era che un materiale tossico funzionava così bene nelle celle solari.

E quindi qualsiasi sostituto delle perovskiti contenenti piombo utilizzate in alcune celle solari dovrebbe funzionare davvero. Ma cosa potrebbero trovare per sostituire i semiconduttori di perovskite che sono stati così promettenti ed efficienti nel convertire la luce solare in elettricità?

Quali materiali potrebbero produrre semiconduttori che funzionano altrettanto bene, ma erano sicuri, abbondanti e poco costosi da produrre?

"I semiconduttori sono ovunque, giusto?" disse Vela. "Sono nei nostri computer e nei nostri telefoni cellulari. Di solito sono di fascia alta, prodotti di alto valore. Sebbene i semiconduttori non possano contenere materiali rari, molti sono tossici o molto costosi".

Vela, un professore associato di chimica dell'Iowa State e un associato del Laboratorio Ames del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, dirige un laboratorio specializzato nello sviluppo di nuovi, materiali nanostrutturati. Pensando al problema del piombo nelle celle solari, ha trovato una presentazione alla conferenza dei ricercatori del Massachusetts Institute of Technology che suggeriva possibili sostituti delle perovskiti nei semiconduttori.

Gli studenti laureati della Vela e dello Iowa State Bryan Rosales e Miles White hanno deciso di concentrarsi su alternative a base di sodio e hanno iniziato una ricerca di 18 mesi per un nuovo tipo di semiconduttore.

Hanno inventato un composto che contiene sodio, che è economico e abbondante; bismuto, che è relativamente scarso ma è sovraprodotto durante l'estrazione di altri metalli ed è economico; e zolfo, il quinto elemento più comune sulla Terra. I ricercatori riportano la loro scoperta in un articolo recentemente pubblicato online dal Giornale della Società Chimica Americana .

Il sottotitolo del documento è un buon riassunto del loro lavoro:"Toward Earth-Abundant, Semiconduttori biocompatibili."

"La nostra sintesi sblocca una nuova classe di semiconduttori ternari (a tre parti) a basso costo e rispettosi dell'ambiente che mostrano proprietà di interesse per applicazioni nella conversione dell'energia, " scrivono i chimici nel loro giornale.

Infatti, Rosales sta lavorando per creare celle solari che utilizzino il nuovo materiale semiconduttore.

Vela ha detto variazioni nella sintesi - variazione della temperatura e del tempo di reazione, scelta di precursori di ioni metallici, l'aggiunta di determinati ligandi consente ai chimici di controllare la struttura del materiale e le dimensioni dei suoi nanocristalli. E questo consente ai ricercatori di modificare e mettere a punto le proprietà del materiale.

Molte delle proprietà del materiale sono già ideali per le celle solari:la banda proibita del materiale - la quantità di energia necessaria a una particella leggera per liberare un elettrone - è ideale per le celle solari. Il materiale, a differenza di altri materiali utilizzati nelle celle solari, è stabile anche se esposto all'aria e all'acqua.

Così, i chimici pensano di avere un materiale che funzionerà bene nelle celle solari, ma senza la tossicità, scarsità o costi.

"Crediamo che i risultati sperimentali e computazionali riportati qui, " hanno scritto nel loro giornale, "contribuirà a far progredire lo studio e l'esplorazione fondamentali di questi e materiali simili per i dispositivi di conversione dell'energia".