Att utveckla effektiva solceller utan bly som en viktig komponent förblir en "formidabel vetenskaplig utmaning, " enligt en recension i tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material .

Solceller gjorda av perovskiter, en samling föreningar med en speciell kristallstruktur, har utvecklats snabbt som ett billigare alternativ till kiselsolceller. Dock, perovskitbaserade solceller (PSC) är fortfarande långt ifrån industriell tillämpning som en ren förnybar energikälla. En stor nackdel är att de vanligtvis innehåller bly som det primära materialet som absorberar solljus för omvandling till elektricitet.

Blyföroreningar kan resultera i långvariga miljöskador på grund av dess höga toxicitet och långa nedbrytningstid. Bly utgör också ett allvarligt hot mot människors hälsa, är skadligt för nervsystemet och reproduktionssystemet. Silikonsolpaneler kan innehålla spårmängder av bly i glaset som omsluter cellernas aktiva komponenter, men det är olösligt. I kontrast, perovskitföreningar löser sig lätt i vatten, vilket innebär att regn eller fukt kan släppa ut bly i miljön. Risken är störst vid tillverkning och omhändertagande av solceller. Också, om solpaneler skadas medan de fortfarande används, säg på ett hem eller skoltak, regn kan tvätta bly från byggnaden och in i den omgivande gården eller lekplatsen.

Nyligen, forskare har undersökt att ersätta bly i PSC med andra element, inklusive tenn, germanium, vismut, antimon, koppar och mangan. Hong Lin, en tillämpad kemist vid Tsinghua University i Kina, och kollegor granskade framstegen med blyfria PSC:er för att ställa en nyckelfråga:Är det möjligt att helt ersätta bly i PSC:er med mindre giftiga ämnen utan att kompromissa med effektivitet och stabilitet?

Blybaserade PSC:er har nått en effektivitetsgrad på 22,7 procent för att omvandla solljus till elektricitet i labbtester, vilket för dem nära 25 procents effektivitet för solceller av kisel av forskningskvalitet. Kommersiella kiselsolceller varierar vanligtvis mellan 15 procent och 22 procent.

För närvarande, de bästa blyfria PSC:erna har ungefär 6 procents effektivitet, vilket är för lågt för industriella tillämpningar; men effektiviteten kan vara så hög som 17 procent när bly delvis ersätts. Tennbaserade PSC:er visar den mest lovande effektkonverteringseffektiviteten. Tenn har många egenskaper som gör det lämpligt som blyersättning. Till exempel, det har en liknande yttre elektronskalstruktur som bly men har en mindre jonradie, vilket innebär att det kan bilda liknande bindningar utan att störa kristallgitterstrukturen. Olika tennbaserade PSC:er har testats, kombinerar tenn med element som cesium för att bilda molekyler med unika egenskaper.

Mycket arbete återstår för att öka PSC effektivitet och stabilitet, och att förbättra metoder för massproduktion. Men, med tanke på att området är ungt och framstegen har varit snabba, Lin och hennes kollegor är optimistiska att "bly kan, och måste, helt ersättas av giftfria ämnen."