Lo sviluppo di celle solari efficienti senza piombo come componente principale rimane una "sfida scientifica formidabile, "secondo una recensione sulla rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati .

Celle solari realizzate con perovskiti, un insieme di composti con una particolare struttura cristallina, si sono sviluppate rapidamente come alternativa più economica alle celle solari al silicio. Però, Le celle solari a base di perovskite (PSC) sono ancora lontane dall'applicazione industriale come fonte di energia rinnovabile pulita. Uno dei principali svantaggi è che di solito contengono piombo come materiale primario che assorbe la luce solare per la conversione in elettricità.

L'inquinamento da piombo può provocare danni ambientali a lungo termine a causa della sua elevata tossicità e del lungo tempo di degradazione. Il piombo rappresenta anche una seria minaccia per la salute umana, essere dannoso per il sistema nervoso e riproduttivo. I pannelli solari al silicio possono contenere tracce di piombo nel vetro che racchiude i componenti attivi delle celle, ma è insolubile. In contrasto, i composti di perovskite si dissolvono facilmente in acqua, il che significa che pioggia o umidità potrebbero rilasciare piombo nell'ambiente. Il rischio è maggiore durante la produzione e lo smaltimento delle celle solari. Anche, se i pannelli solari vengono danneggiati mentre sono ancora in uso, diciamo sul tetto di una casa o di una scuola, la pioggia potrebbe lavare via il piombo dall'edificio e nel cortile circostante o nel parco giochi.

Recentemente, i ricercatori hanno studiato la sostituzione del piombo nei PSC con altri elementi, compreso stagno, germanio, bismuto, antimonio, rame e manganese. Hong Lin, un chimico applicato alla Tsinghua University in Cina, e colleghi hanno esaminato i progressi sui PSC senza piombo per porre una domanda chiave:è possibile sostituire completamente il piombo nei PSC con elementi meno tossici senza compromettere l'efficienza e la stabilità?

I PSC a base di piombo hanno raggiunto un tasso di efficienza del 22,7% per convertire la luce solare in elettricità nei test di laboratorio, avvicinandoli all'efficienza del 25 percento delle celle solari al silicio per la ricerca. Le celle solari al silicio commerciali di solito variano tra il 15 percento e il 22 percento.

Attualmente, i migliori PSC senza piombo hanno circa il 6% di efficienza, che è troppo basso per le applicazioni industriali; ma l'efficienza può raggiungere il 17% quando il piombo viene parzialmente sostituito. I PSC a base di stagno mostrano l'efficienza di conversione di potenza più promettente. Lo stagno ha molte proprietà che lo rendono adatto come sostituto del piombo. Per esempio, possiede una struttura a guscio di elettroni esterno simile al piombo ma ha un raggio ionico più piccolo, il che significa che può formare legami simili senza disturbare la struttura del reticolo cristallino. Sono stati testati vari PSC a base di stagno, combinando lo stagno con elementi come il cesio per formare molecole con proprietà uniche.

Resta molto lavoro da fare per aumentare l'efficienza e la stabilità del PSC, e per migliorare i metodi di produzione di massa. Ma, dato che il campo è giovane e i progressi sono stati rapidi, Lin e i suoi colleghi sono ottimisti sul fatto che "il piombo può, e deve, essere completamente sostituito da elementi non tossici."