2026年4月24日，上海交通大学溥渊未来技术学院/张江高等研究院戚亚冰教授联合北京理工大学、上海交通大学和康奈尔大学的合作者们，在能源领域顶级期刊《Nature Energy》上发表题为“Mitigating lead toxicity towards safe commercialization of perovskite solar cells”的综述文章，为克服钙钛矿太阳能电池铅毒性隐患提供了系统性解决方案和技术路径。
铅基卤化物钙钛矿太阳能电池是当前钙钛矿光伏领域的主流技术路线。按照器件光电转换效率（PCE）20%、吸收层厚度500nm估算，每新增1GW钙钛矿光伏装机容量约对应3.5吨铅。然而，铅作为典型重金属污染物，对人体健康及生态环境具有显著威胁。因此，系统评估铅元素在钙钛矿光伏技术中对自然环境和人体健康的潜在影响，具有重要现实意义。本综述首先对钙钛矿光伏体系中铅的潜在危害进行了定量分析，并结合全生命周期评价方法，深入探讨了铅管控的经济成本与环境效益。研究团队进一步构建了水诱导下铅自器件向外部环境泄漏的过程模型，并引入极端气候条件等变量，对铅释放行为进行拓展与修正，从而实现对钙钛矿光伏体系中铅泄漏风险的更完整、更精细的模拟与评估。
图1 铅基钙钛矿材料中铅元素的毒性示意图
基于现有研究成果，本文提出了三条现实可行的技术路径：
第一，材料本源替代。推动无铅或低铅钙钛矿光伏技术发展，通过材料体系的根本替代或减量设计，在源头上降低铅的环境与健康风险；
第二，从器件工程阻控。具体而言，可以从两个维度构建铅泄漏阻控机制：一是引入功能性添加剂和界面调控组分，增强钙钛矿层的环境稳定性，抑制水分诱导的降解过程，从而阻断铅向外界环境迁移的主要通道；二是添加能够与 Pb²⁺ 形成稳定配位结构的化学试剂，对潜在释放的游离态 Pb²⁺ 进行原位络合与固化，实现无害化处理；
第三，铅资源循环利用。构建闭环物质流体系。短期内可优先利用回收自铅酸电池体系的再生铅资源；长期则应建立钙钛矿光伏组件退役后的铅回收体系，从铅基钙钛矿太阳能电池中回收铅元素，从而在宏观层面降低原生铅资源开采及环境排放压力。
图2 钙钛矿太阳能电池中铅再循环路径示意图
本文同时指出，上述技术路径当前仍面临多重瓶颈：
一是技术成熟度整体偏低。无铅及低铅钙钛矿太阳能电池在光电转换效率与长期运行稳定性方面，均与铅基钙钛矿太阳能电池存在显著差距。
二是工艺放大挑战较高。现阶段关于钙钛矿太阳能电池界面调控与体相修饰的研究，主要集中于实验室尺度的小面积器件验证，其工艺重复性、均匀性控制以及大面积制备的兼容性有待系统评估。
三是回收体系缺失。目前钙钛矿太阳能电池中铅资源回收的研究，多停留于概念验证层面，尚缺乏产业链层级的系统化验证与经济性评估。
四是标准体系空白。在政策与监管层面，全球范围内尚未针对钙钛矿光伏产品潜在铅泄漏风险建立明确且统一的量化评价标准与排放阈值体系。
对此，本文强调全生命周期评价方法能够通过构建标准化、可量化的评价指标体系，为钙钛矿光伏中铅元素的全流程监测与管理提供数据支撑，推动形成数据驱动、可追溯、可验证的闭环管理体系。
论文第一作者为北京理工大学林东旭博士，第二作者为上海交通大学溥渊未来技术学院2025级博士研究生黄远方。上海交通大学溥渊未来技术学院/张江高等研究院戚亚冰教授和北京理工大学姜岩教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、上海交通大学溥渊未来技术学院、张江高等研究院、极端能源材料智能创制教育部重点实验室的支持。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41560-026-02037-2
教授简介
戚亚冰
上海交通大学溥渊未来技术学院讲席教授，日本工程院外籍院士。戚亚冰教授于2000年获得南京大学物理学士学位，2002年获得香港科技大学物理硕士学位，2008年获得美国加州大学伯克利分校应用科学与技术博士学位，博土期间科研主要方向为表界面科学。2008年至2011年，他在美国普林斯顿大学从事博士后研究，研究课题为表界面科学在有机半导体中的应用。从2011年至2024年，他在日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）任教，并提前晋升为终身教职正教授，担任能源材料与表面科学研究团队学术带头人及实验室主任，多年来致力于将能源材料研究与表界面科学基础研究深度结合。2024年7月，戚亚冰教授全职加入上海交通大学溥渊未来技术学院，受聘为讲席教授。
在过去的二十余年中，戚亚冰教授对表界面科学和能源材料方面做出了突出贡献，积极推动了该方向科研的不断深入发展。基于他的卓越贡献，2022年他获得日本花王艺术与科学基金会颁发的花王科学奖（Kao Science Award），成为该奖项颁发20余年以来第一位非日本国籍的获奖者。2023年获得日本学术振兴会奖（JSPS Prize），是该奖项颁发20年以来第三位中国籍获奖者。2024年当选为日本工程院外籍院士。2024年7月加入上海交通大学后，获得了上海交通大学“思源学者”项目、上海市高层次创新人才项目、国家级高层次⼈才项目的支持。
作为表界面科学和材料科学领域的杰出学者，截至目前，戚亚冰教授已在国际知名学术期刊上发表SCI论文200余篇，H-指数为90，总引用次数超过3万次，连续多年入选科睿唯安“全球高被引科学家”榜单和爱思唯尔“中国高被引学者”榜单，并当选为材料研究学会会士（MRS Fellow）、美国真空学会会士（AVS Fellow）和英国皇家化学学会会士（FRSC）。
威亚冰教授的研究涉及材料学、物理、化学、电子工程等多个学科领域，计划在上海交通大学创建一个具有国际竞争力的基于表界面科学和先进材料的多学科交叉研究开发中心，把表界面科学基础研究应用到能源和功能材料及器件的开发上，例如太阳能电池、锂离子电池、有机电子器件、发光材料和器件等，为未来能源技术的发展提供重要技术支持。
