Développer des cellules solaires efficaces sans plomb comme composant majeur reste un « formidable défi scientifique, " selon une critique dans le journal Science et technologie des matériaux avancés .

Cellules solaires à base de pérovskites, un ensemble de composés à structure cristalline particulière, se sont rapidement développés comme une alternative moins chère aux cellules solaires au silicium. Cependant, Les cellules solaires à base de pérovskite (PSC) sont encore loin d'une application industrielle en tant que source d'énergie renouvelable propre. Un inconvénient majeur est qu'ils contiennent généralement du plomb comme matériau principal absorbant la lumière du soleil pour la conversion en électricité.

La pollution par le plomb peut entraîner des dommages environnementaux à long terme en raison de sa toxicité élevée et de sa longue durée de dégradation. Le plomb constitue également une menace sérieuse pour la santé humaine, être nocif pour les systèmes nerveux et reproducteur. Les panneaux solaires en silicium peuvent contenir des traces de plomb dans le verre qui enveloppe les composants actifs des cellules, mais il est insoluble. En revanche, les composés de pérovskite se dissolvent facilement dans l'eau, ce qui signifie que la pluie ou l'humidité pourrait libérer du plomb dans l'environnement. Le risque est le plus grand lors de la fabrication et de l'élimination des cellules solaires. Aussi, si les panneaux solaires sont endommagés alors qu'ils sont encore en cours d'utilisation, disons sur le toit d'une maison ou d'une école, la pluie pourrait emporter le plomb hors du bâtiment et dans la cour ou le terrain de jeu environnant.

Récemment, les chercheurs ont étudié le remplacement du plomb dans les CSP par d'autres éléments, y compris l'étain, germanium, bismuth, antimoine, cuivre et manganèse. Hong Lin, chimiste appliquée à l'Université Tsinghua en Chine, et ses collègues ont passé en revue les progrès réalisés sur les PSC sans plomb pour poser une question clé :est-il possible de remplacer complètement le plomb dans les PSC par des éléments moins toxiques sans compromettre l'efficacité et la stabilité ?

Les PSC à base de plomb ont atteint un taux d'efficacité de 22,7 % pour convertir la lumière du soleil en électricité lors de tests en laboratoire, ce qui les rapproche de l'efficacité de 25 % des cellules solaires au silicium de qualité recherche. Les cellules solaires au silicium commerciales varient généralement entre 15 et 22 %.

Maintenant, les meilleurs PSC sans plomb ont une efficacité d'environ 6 %, ce qui est trop faible pour les applications industrielles; mais l'efficacité peut atteindre 17 pour cent lorsque le plomb est partiellement remplacé. Les PSC à base d'étain présentent l'efficacité de conversion de puissance la plus prometteuse. L'étain a de nombreuses propriétés qui le rendent approprié pour remplacer le plomb. Par exemple, il possède une structure de couche externe d'électrons similaire au plomb mais a un rayon ionique plus petit, ce qui signifie qu'il peut former des liaisons similaires sans perturber la structure du réseau cristallin. Divers PSC à base d'étain ont été testés, combiner l'étain avec des éléments tels que le césium pour former des molécules aux propriétés uniques.

Beaucoup de travail reste à faire pour augmenter l'efficacité et la stabilité de la CFP, et d'améliorer les méthodes de production de masse. Mais, étant donné que le domaine est jeune et que les progrès ont été rapides, Lin et ses collègues sont optimistes sur le fait que « le plomb peut, et doit, être complètement remplacé par des éléments non toxiques."