Ett av problemen för Javier Vela och kemisterna i hans forskargrupp vid Iowa State University var att ett giftigt material fungerade så bra i solceller.

Och så skulle alla substitut för de blyhaltiga perovskiterna som används i vissa solceller verkligen behöva fungera. Men vad kunde de hitta för att ersätta perovskit -halvledarna som varit så lovande och så effektiva vid omvandling av solljus till elektricitet?

Vilka material skulle kunna producera halvledare som fungerade lika bra, men var säkra och rikliga och billiga att tillverka?

"Halvledare finns överallt, eller hur? "sa Vela." De sitter i våra datorer och våra mobiltelefoner. De brukar vara i high-end, högvärdiga produkter. Även om halvledare kanske inte innehåller sällsynta material, många är giftiga eller mycket dyra. "

Vela, en docent i kemi i Iowa State och en docent vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory, leder ett laboratorium som är specialiserat på att utveckla nya, nanostrukturerade material. När jag tänker på problemet med bly i solceller, han hittade en konferenspresentation av Massachusetts Institute of Technology -forskare som föreslog möjliga substitut för perovskiter i halvledare.

Vela och Iowa State doktorander Bryan Rosales och Miles White bestämde sig för att fokusera på natriumbaserade alternativ och startade en 18-månaders sökning efter en ny typ av halvledare.

De kom med en förening som innehåller natrium, som är billig och riklig; vismut, vilket är relativt knappt men överproduceras vid gruvdrift av andra metaller och är billigt; och svavel, det femte vanligaste elementet på jorden. Forskarna rapporterar sin upptäckt i en artikel som nyligen publicerades online av Journal of the American Chemical Society .

Tidningens undertitel är en bra sammanfattning av deras arbete:"Mot jorden-riklig, Biokompatibla halvledare. "

"Vår syntes låser upp en ny klass av billiga och miljövänliga ternära (tredelade) halvledare som visar egenskaper av intresse för applikationer inom energiomvandling, "skrev kemisterna i sin tidning.

Faktiskt, Rosales arbetar med att skapa solceller som använder det nya halvledande materialet.

Vela sa variationer i syntes - förändring av reaktionstemperatur och tid, val av metalljonprekursorer, lägga till vissa ligander - tillåter kemisterna att styra materialets struktur och storleken på dess nanokristaller. Och det gör att forskare kan ändra och finjustera materialets egenskaper.

Flera av materialets egenskaper är redan idealiska för solceller:Materialets bandgap - mängden energi som krävs för att en lätt partikel ska släppa loss en elektron - är idealisk för solceller. Materialet, till skillnad från andra material som används i solceller, är också stabil när den utsätts för luft och vatten.

Så, kemisterna tror att de har ett material som fungerar bra i solceller, men utan toxicitet, brist eller kostnader.

"Vi tror att experimentella och beräkningsresultat som rapporteras här, "skrev de i sin tidning, "kommer att hjälpa till att främja den grundläggande studien och utforskningen av dessa och liknande material för energiomvandlingsanordningar."