Um dos problemas para Javier Vela e os químicos em seu grupo de pesquisa da Iowa State University era que um material tóxico funcionava tão bem em células solares.

E, portanto, qualquer substituto para as perovskitas contendo chumbo usadas em algumas células solares teria de realmente funcionar. Mas o que eles poderiam encontrar para substituir os semicondutores de perovskita que têm sido tão promissores e eficientes na conversão da luz solar em eletricidade?

Quais materiais poderiam produzir semicondutores que funcionassem tão bem, mas eram seguros, abundantes e baratos de fabricar?

"Os semicondutores estão por toda parte, certo? ", disse Vela." Eles estão em nossos computadores e telefones celulares. Eles geralmente são de alta tecnologia, produtos de alto valor. Embora os semicondutores não possam conter materiais raros, muitos são tóxicos ou muito caros. "

Vela, um professor associado de química do estado de Iowa e um associado do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA, dirige um laboratório especializado no desenvolvimento de novos, materiais nanoestruturados. Enquanto pensava no problema do chumbo nas células solares, ele encontrou uma apresentação em conferência por pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology que sugeriu possíveis substitutos para perovskitas em semicondutores.

Os alunos de pós-graduação da Vela e do estado de Iowa, Bryan Rosales e Miles White, decidiram se concentrar em alternativas à base de sódio e iniciaram uma busca de 18 meses por um novo tipo de semicondutor.

Eles criaram um composto que contém sódio, que é barato e abundante; bismuto, que é relativamente escasso, mas é superproduzido durante a mineração de outros metais e é barato; e enxofre, o quinto elemento mais comum na Terra. Os pesquisadores relatam sua descoberta em um artigo publicado recentemente online pela Jornal da American Chemical Society .

O subtítulo do artigo é um bom resumo de seu trabalho:"Rumo à Terra-Abundante, Semicondutores biocompatíveis. "

"Nossa síntese desbloqueia uma nova classe de semicondutores ternários (três partes) de baixo custo e ecologicamente corretos que apresentam propriedades de interesse para aplicações em conversão de energia, "os químicos escreveram em seu jornal.

Na verdade, Rosales está trabalhando para criar células solares que usem o novo material semicondutor.

Vela disse que variações na síntese - mudança de temperatura e tempo de reação, escolha de precursores de íons metálicos, adicionar certos ligantes - permite que os químicos controlem a estrutura do material e o tamanho de seus nanocristais. E isso permite aos pesquisadores alterar e ajustar as propriedades do material.

Várias das propriedades do material já são ideais para células solares:O gap do material - a quantidade de energia necessária para uma partícula de luz soltar um elétron - é ideal para células solares. O material, ao contrário de outros materiais usados ​​em células solares, também é estável quando exposto ao ar e à água.

Então, os químicos acham que têm um material que funcionará bem em células solares, mas sem a toxicidade, escassez ou custos.

"Acreditamos nos resultados experimentais e computacionais relatados aqui, "eles escreveram em seu jornal, "ajudará a avançar no estudo fundamental e na exploração desses e de materiais semelhantes para dispositivos de conversão de energia."