综述：基于铅的钙钛矿太阳能电池中铅的回收与钝化策略综述：在设备效率、毒性及环境可持续性之间寻求平衡

《Natural Sciences》：A Review of the Strategies Used in the Recovery and Passivation of Lead in Lead-Based Perovskite Solar Cells: Balancing Device Efficiency, Toxicity, and Environmental Sustainability

铅基钙钛矿太阳能电池（LPSCs）因高光吸收和载流子迁移率成为高效光伏材料，但铅泄漏风险制约其规模化应用。本文系统评估了铅钝化（化学/物理屏障、自修复封装）和回收技术（电化学、生物浸出、溶剂提取），提出闭环回收模型以降低环境足迹，并对比了铅基与锡基钙钛矿的性能差异，强调需平衡效率与可持续性，通过循环经济框架推动LPSCs的可持续发展。

　　
近年来，铅基钙钛矿太阳能电池（LPSCs）因其卓越的光电转换效率（PCE）和可调带隙等特性备受关注，但其铅毒性成为大规模推广的主要障碍。本文系统分析了铅钝化、回收及全生命周期管理的策略，旨在平衡高效性与环境可持续性。

在铅钝化方面，化学钝化通过有机酸或螯合剂（如EDTA、柠檬酸）与铅离子结合形成稳定复合物，减少游离铅的泄漏风险。例如，柠檬酸与Pb2?反应生成水溶性的铅柠檬酸盐，可抑制铅扩散并提升器件稳定性。物理钝化则依赖铝氧化物的原子层沉积（ALD）形成致密保护层，有效阻隔水分和氧气渗透。研究显示，结合化学与物理钝化的多层封装技术可将铅泄漏抑制超过90%。此外，自愈材料（如动态共价键聚合物）和纳米复合材料（如蒙脱土、石墨烯氧化物）的应用进一步增强了封装层的机械强度和环境适应性。

铅回收技术是解决环境问题的关键。电化学回收通过电解还原Pb2?为金属铅，效率可达90%，但需解决电极设计和电解液管理的能耗问题。溶剂萃取法（如氯苯和γ-丁内酯）能高效溶解和再结晶铅碘化物，但依赖有毒有机溶剂。生物淋滤技术利用耐重金属的微生物（如硫酸盐还原菌）分解铅化合物，虽成本低但速度较慢。一种新兴的混合策略结合溶剂萃取与电化学回收，可先溶解铅基材料再电化学提纯，综合回收率超过85%，同时降低能耗。

全生命周期评估（LCA）显示，LPSCs的能源自给时间（EPBT）仅0.5-1年，显著优于硅基电池（2-3年），但铅泄漏导致的土壤污染风险增加35%。通过闭环回收系统可将铅利用率提升至60%，减少原生铅开采依赖。例如，模块回收流程包括破碎、溶剂分离、电化学提纯和再生铅制备，使铅资源化率接近100%。

铅基与锡基钙钛矿的对比显示，尽管锡基材料（PbI?）无毒且能降低生态足迹，但其带隙较宽（1.3 eV）、稳定性差（耐久性不足500小时）导致效率仅12.4%。而铅基材料通过掺杂（如Br?替代I?）可优化带隙至1.5 eV，并借助钝化技术将耐久性提升至2000小时以上。然而，锡基材料在氧化稳定性上的不足，使其难以与硅基电池竞争。研究指出，铅基钙钛矿的循环经济潜力在于回收铅的金属价值（约200美元/公斤）可部分抵消回收成本，形成负反馈循环。

未来技术路径需兼顾短期过渡与长期替代。短期需优化钝化与回收工艺：例如，开发可逆钝化层（如pH响应性聚合物），既保护电池又便于回收；或采用模块化设计，将封装层与铅基材料分离，便于机械回收。长期则需突破锡基材料瓶颈，通过掺杂（如Sb、Bi）和二维异质结结构设计提升稳定性。此外，政策层面需建立铅回收标准（如欧盟电池法规）和强制EPR制度，推动企业投资闭环系统。

环境经济分析表明，若铅回收能降低50%的能源消耗，则全生命周期碳足迹可减少70%。但需警惕二次污染：例如，生物淋滤可能释放重金属离子，需配套吸附层。而电化学回收的酸性电解液需中和处理，避免污染地下水。因此，需建立多层级风险防控体系，包括回收厂废水处理、铅渣固化等。

商业化挑战方面，LPSCs当前成本约为硅基电池的60%，但铅处理增加了15%的制造费用。回收系统投资高（约2000万美元/座），但可分摊至百万级电池产能。行业试点显示，闭环回收可使铅成本降低40%，同时提升模块残值率至70%。技术成熟后，预计铅回收成本可降至原生铅的30%，形成经济驱动循环。

总结而言，铅基钙钛矿的可持续发展需三重策略：器件层面优化钝化与回收兼容性（如可溶蚀封装层）；工艺层面推广低能耗回收技术（如生物电化学耦合）；政策层面完善法规与激励措施。预计未来5年，随着铅回收效率提升至95%以上，LPSCs成本可降至硅基电池的50%，推动其在建筑一体化光伏（BIPV）和柔性器件等细分市场的渗透。然而，锡基材料的突破仍需10-15年，期间铅基技术通过闭环管理可实现环境零负荷运营，为行业转型争取时间。