L'un des problèmes de Javier Vela et des chimistes de son groupe de recherche à l'Iowa State University était qu'un matériau toxique fonctionnait si bien dans les cellules solaires.

Et donc, tout substitut aux pérovskites contenant du plomb utilisées dans certaines cellules solaires devrait être vraiment performant. Mais que pourraient-ils trouver pour remplacer les semi-conducteurs pérovskites qui ont été si prometteurs et si efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité ?

Quels matériaux pourraient produire des semi-conducteurs qui fonctionnent tout aussi bien, mais étaient-ils sûrs, abondants et peu coûteux à fabriquer ?

"Les semi-conducteurs sont partout, n'est-ce pas ?" dit Vela. "Ils sont dans nos ordinateurs et nos téléphones portables. Ils sont généralement dans le haut de gamme, produits de grande valeur. Bien que les semi-conducteurs ne contiennent pas de matériaux rares, beaucoup sont toxiques ou très chers."

Vela, professeur agrégé de chimie dans l'État de l'Iowa et associé du laboratoire Ames du département américain de l'Énergie, dirige un laboratoire spécialisé dans le développement de nouveaux, matériaux nanostructurés. En réfléchissant au problème du plomb dans les cellules solaires, il a trouvé une présentation de conférence par des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology qui suggérait des substituts possibles aux pérovskites dans les semi-conducteurs.

Les étudiants diplômés de Vela et de l'Iowa State, Bryan Rosales et Miles White, ont décidé de se concentrer sur les alternatives à base de sodium et ont commencé une recherche de 18 mois pour un nouveau type de semi-conducteur.

Ils ont proposé un composé qui contient du sodium, qui est bon marché et abondant; bismuth, qui est relativement rare mais surproduit lors de l'extraction d'autres métaux et bon marché; et le soufre, le cinquième élément le plus répandu sur Terre. Les chercheurs rapportent leur découverte dans un article récemment publié en ligne par le Journal de l'American Chemical Society .

Le sous-titre de l'article est un bon résumé de leur travail :"Toward Earth-Abundant, Semi-conducteurs biocompatibles."

"Notre synthèse ouvre une nouvelle classe de semi-conducteurs ternaires (en trois parties) à faible coût et respectueux de l'environnement qui présentent des propriétés intéressantes pour des applications dans la conversion d'énergie, " écrivent les chimistes dans leur journal.

En réalité, Rosales travaille à la création de cellules solaires utilisant le nouveau matériau semi-conducteur.

Vela a dit des variations dans la synthèse - changement de la température et du temps de réaction, choix de précurseurs d'ions métalliques, l'ajout de certains ligands - permet aux chimistes de contrôler la structure du matériau et la taille de ses nanocristaux. Et cela permet aux chercheurs de modifier et d'affiner les propriétés du matériau.

Plusieurs des propriétés du matériau sont déjà idéales pour les cellules solaires :La bande interdite du matériau - la quantité d'énergie requise pour qu'une particule légère libère un électron - est idéale pour les cellules solaires. Le matériel, contrairement aux autres matériaux utilisés dans les cellules solaires, est également stable lorsqu'il est exposé à l'air et à l'eau.

Donc, les chimistes pensent avoir un matériau qui fonctionnera bien dans les cellules solaires, mais sans la toxicité, la rareté ou les coûts.

"Nous pensons que les résultats expérimentaux et informatiques rapportés ici, " ont-ils écrit dans leur journal, « contribuera à faire avancer l'étude fondamentale et l'exploration de ces matériaux et de matériaux similaires pour les dispositifs de conversion d'énergie. »