O desenvolvimento de células solares eficientes sem chumbo como componente principal continua sendo um "desafio científico formidável, "de acordo com uma revisão no jornal Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados .

Células solares feitas de perovskitas, uma coleção de compostos com uma estrutura cristalina particular, têm se desenvolvido rapidamente como uma alternativa mais barata às células solares de silício. Contudo, As células solares à base de perovskita (PSCs) ainda estão longe de serem utilizadas como fonte de energia limpa e renovável. Uma grande desvantagem é que geralmente contêm chumbo como o principal material que absorve a luz solar para a conversão em eletricidade.

A poluição por chumbo pode resultar em danos ambientais de longo prazo devido à sua alta toxicidade e longo tempo de degradação. O chumbo também representa uma séria ameaça à saúde humana, sendo prejudicial para os sistemas nervoso e reprodutivo. Os painéis solares de silício podem conter traços de chumbo no vidro que envolve os componentes ativos das células, mas é insolúvel. Em contraste, compostos de perovskita se dissolvem prontamente na água, o que significa que a chuva ou a umidade podem liberar chumbo no meio ambiente. O risco é maior durante a fabricação e o descarte de células solares. Também, se os painéis solares forem danificados enquanto ainda estão em uso, digamos, no telhado de uma casa ou escola, a chuva pode levar o chumbo do prédio para o quintal ou playground ao redor.

Recentemente, pesquisadores investigaram a substituição de chumbo em PSCs por outros elementos, incluindo estanho, germânio, bismuto, antimônio, cobre e manganês. Hong Lin, um químico aplicado na Universidade Tsinghua na China, e colegas analisaram o progresso em PSCs sem chumbo para fazer uma pergunta chave:É possível substituir totalmente o chumbo em PSCs por elementos menos tóxicos sem comprometer a eficiência e a estabilidade?

PSCs baseados em chumbo alcançaram uma taxa de eficiência de 22,7 por cento para converter luz solar em eletricidade em testes de laboratório, aproximando-os da eficiência de 25% das células solares de silício de nível de pesquisa. As células solares de silício comerciais geralmente variam entre 15% e 22%.

Atualmente, os melhores PSCs sem chumbo têm aproximadamente 6 por cento de eficiência, que é muito baixo para aplicações industriais; mas a eficiência pode chegar a 17% quando o chumbo é parcialmente substituído. PSCs baseados em estanho mostram a eficiência de conversão de energia mais promissora. O estanho tem muitas propriedades que o tornam adequado como substituto de chumbo. Por exemplo, possui uma estrutura de camada externa de elétrons semelhante ao chumbo, mas tem um raio iônico menor, o que significa que pode formar ligações semelhantes sem perturbar a estrutura da rede cristalina. Vários PSCs à base de estanho foram testados, combinar estanho com elementos como o césio para formar moléculas com propriedades únicas.

Ainda há muito trabalho para aumentar a eficiência e estabilidade do PSC, e para melhorar os métodos de produção em massa. Mas, dado que o campo é jovem e o progresso tem sido rápido, Lin e seus colegas estão otimistas de que "o chumbo pode, e deve, ser completamente substituído por elementos não tóxicos. "