本发明涉及光伏太阳能电池领域，特别涉及一种抗pid组件及其制备方法。
背景技术：
近些年来随着化石能源的不断消耗并渐趋于枯竭之势，而太阳能作为一种绿色可再生能源正逐渐走进人们的生活。但是近些年国内外电站的质量问题大规模出现，许多电站爆发出了电势诱导衰减(potentialinduceddegradation，pid)等的品质问题，导致电站在运行一年左右就发现了高达60％的衰减。
pid指组件长期在高电压工作，在盖板玻璃、封装材料、边框之间存在漏电流，使得大量电荷聚集在电池片表面，使得电池片表面的钝化效果恶化，导致填充因子、短路电流、开路电压降低，使组件性能低于设计标准。pid效应作为光伏电站发电量的可怕杀手，发生的根本原因是与环境因素和组件封装材料有关。pid的形成容易在潮湿的环境下发生，并且活跃程度与潮湿程度相关，同时也与组件表面被导电性、酸性、碱性以及带有离子的物体的污染程度有关。
目前防止或减缓pid效应分别从系统、组件和电池三部分入手，主要已有三种方法用于降低对pid的敏感性。首先，已经证实用于将玻璃与太阳能电池和背板粘合的包封材料对pid具有显著影响，对水分侵入的抗性低或电阻低的包封材料如乙烯-乙酸乙烯酯(eva)特别成问题，因此，pv组件制造商已经试验了先进包封材料，如来自dowchemical的enlighttm聚烯烃，用以消除pid。然而，这些材料往往比更有pid倾向的竞争材料如eva明显更昂贵。第二，研究已经证实施加到pv电池本身的抗反射、钝化涂层可以具有显著效果，这已产生了使用有时包括增加密度和/或厚度的方法设计可以降低pid效应的保护性电池涂层，如无孔隙的氮化硅电池涂层的方法，氮化硅改性的一个并发问题是它也使折射率次优化或使工艺控制和成本复杂化，增加氮化硅厚度增加了成本并且也降低总体组件转换效率。第三，研究已经证实，pid效应的产生是钢化玻璃中的金属离子析出，并传导聚集于电池表面，破坏钝化结构形成，因此可以通过在超白钢化玻璃和eva之间插入一层溶胶，包含金属氧化物、氮化物或碳化物的纳米颗粒添加剂如sno2、al2o3、si3n4、zro2、hfo2和ce2o3等，以及纳米级导电性的碳纳米管(cnt)或银纳米线的至少一种。但是该种方法，纳米颗粒较难均匀分散于溶胶中，导致方阻波动较大。此外，要获得较低的方阻，必须应用大量的纳米颗粒及纳米导电材料，这势必增加组件的成本，且影响组件的光学性质。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种低成本、不影响转换效率和光学性质的抗pid组件及其制备方法。
本发明提供的一种抗pid组件，采用的主要技术方案为：包括前板玻璃、第一封装层、至少一个光伏太阳能电池、第二封装层、背板和组件边框，所述前板玻璃与第一封装层之间和所述第二封装层与背板之间均设置有超薄二维电纳米材料层；
所述超薄二维电纳米材料层的侧边与所述组件边框连接设置。
本发明提供的抗pid组件，还包括如下附属技术方案：
所述超薄二维电纳米材料层包括1-20层层状纳米材料层；所述层状纳米材料层厚度为0.01～5nm。
其中，所述层状纳米材料层由单层的层状纳米材料铺设而成。
其中，所述层状纳米材料为石墨烯、石墨烯氧化物、六方氮化硼、过渡金属硫化物、石墨氮化碳、黑磷、过渡金属氧化物、黑磷烯或层状双氢氧化物中的一种。
其中，所述第一封装层和所述第二封装层均为切割好的eva。
其中，所述超薄二维电纳米材料层的侧边通过导电复合胶与所述组件边框连接。
其中，超薄二维电纳米材料层敷设在前板玻璃下表面和/或背板下表面。
采用本发明提供的抗pid组件包括以下技术效果：
本发明采用超薄二维导电纳米材料作为太阳能组件的插入层，该层具有较强的吸附性、良好的导电性、较高的透过率，从而可以起到吸附离子的作用，并将其传递到组件边框，这样可以避免离子迁移导致电荷在电池表面聚集，从而产生pid效应；较强的透过性，这保证了该二维纳米材料的应用，不会对太阳电池组件性能产生影响。
本发明提供的抗pid组件的制备方法，采用的主要技术方案为：包括步骤：
(1)在前板玻璃的下表面和背板的上表面敷设1-20层层状纳米材料层；
(2)将下表面敷设有超薄二维电纳米材料层的前板玻璃、第一封装层、光伏太阳能电池、第二封装层、上表面敷设有超薄二维电纳米材料层的背板，从上至下依次敷设；
(3)敷设后放入层压设备，根据第一封装层和第二封装层的材料调温至预设温度，层压预设时长；
(4)修边、安装组件边框并连接线盒。
其中，层状纳米材料层的形成方法包括：
(1.1)取层状纳米材料粉末、分散剂和溶剂加入高速混合机混合均匀；
(1.2)加入高速离心机以25000-30000r/min的转速去除多层层状纳米材料，得到单层层状纳米材料分散液；
(1.3)将前板玻璃和背板用纯水、酸溶液、弱碱溶液或洗涤剂中的一种或多种组合进行清洗；
(1.4)取分散剂完全覆盖前板玻璃和背板表面，静置挥发1-20min或在一定温度下蒸干；
(1.5)将单层层状纳米材料分散液采用薄膜制备工艺敷设在步骤(1.4)中得到的前板玻璃下表面和背板上表面；
(1.6)甩离多余的单层层状纳米材料分散液，挥发溶剂。
或，
层状纳米材料层的形成方法包括：
(1.1)在金属基底上cvd生长层状纳米材料层；
(1.2)用pmma转移至前板玻璃下表面和背板上表面。
或，
层状纳米材料层的形成方法包括：
(1.1)取层状纳米材料粉末、分散剂和溶剂加入高速混合机混合均匀；
(1.2)通过喷雾枪雾化石墨烯分散液；
(1.3)然后将雾化的小液滴喷洒到预热的基底上；
(1.4)待溶剂挥发，最后得到石墨烯薄膜。
或，
层状纳米材料层的形成方法包括：
(1.1)在一定温度下，所述温度小于玻璃最高承受温度；
(1.2)将盖板玻璃放入cvd设备中；
(1.3)抽真空，通保护气，通碳源如甲烷
(1.4)所述盖板玻璃表面涂有催化剂，一般为金属颗粒；
(1.5)沉积一定时间即可得到超薄二维材料基盖板玻璃。
采用本发明提供的抗pid组件的制备方法包括以下技术效果：
该制备方法工艺简单、操作方便、安全可靠、质量稳定、生产效率高，易于实现大规模工业化生产。对于已存在的生产线易于更新、整合。制备出的抗pid组件抗pid效果好。
附图说明
图1为本申请的抗pid组件的结构示意图。
1.入射光；2.前板玻璃；3.超薄二维电纳米材料层；4.第一封装层；5.光伏太阳能电池；6.第二封装层；7.超薄二维电纳米材料层；8.背板；9.组件边框。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
按照本发明提供的一种抗pid组件，包括前板玻璃2、第一封装层4、至少一个光伏太阳能电池5、第二封装层6、背板8和组件边框9，前板玻璃2与第一封装层4之间和第二封装层6与背板8之间均设置有超薄二维电纳米材料层；
超薄二维电纳米材料层的侧边与所述组件边框9连接设置。
其中优选的，第一封装层4和第二封装层6均为切割好的eva。
其中，光伏组件背板既可以是传统高分子材料如tpt、pet，也可以是和前表面一样的盖板玻璃(双玻组件)。
超薄二维导电纳米材料3所起作用为阻隔金属离子的迁移，其实现阻隔的作用表现在两方面：第一是导电纳米材料将盖板玻璃与组件边框9连成一个等势体，这从根本上阻隔了离子迁移的动力，第二是金属离子扩散至该二维导电纳米材料上，然后其被该插入层吸附，并将其传导至组件边框9；该层还可以吸附eva水解产生的乙酸，从而阻隔其扩散至玻璃层，以防止乙酸将钠离子导出。对于超薄二维导电纳米材料7，其所起的作用主要是阻隔水汽进入组件内部，以防止eva水解。
其中，超薄二维电纳米材料层包括1-20层层状纳米材料层；层状纳米材料层厚度为0.01～5nm。为达到透射率和抗pid综合最优的效果，优选地，超薄二维电纳米材料层包括1-5层层状纳米材料层，层状纳米材料层厚度为0.1～3.5nm；最优选地，超薄二维电纳米材料层包括4层层状纳米材料层，层状纳米材料层厚度为0.5-1.1nm。
其中，层状纳米材料层由单层的层状纳米材料铺设而成；层状纳米材料横向尺寸超过100nm或几微米甚至更大，但厚度只相当于单个或几个原子层(一般不超过5nm)，铺设时，单层纳米材料发生部分重叠，从而连接成为一个整体，这些材料的优异性能使其在能源储存、吸附、催化、光电等方面展现出巨大应用潜能。
优选地，层状纳米材料为石墨烯、石墨烯氧化物、六方氮化硼、过渡金属硫化物、石墨氮化碳、黑磷、过渡金属氧化物、黑磷烯和层状双氢氧化物中的一种。
最优选地，层状纳米材料为石墨烯或石墨烯氧化物。
第一，石墨烯及石墨烯氧化物具有优异的光学性能，单层石墨烯透过率为97.7％，对组件光学性能几乎无影响，随着石墨烯的透过率随层数增加而减小，每增加一层透射率减小2.3％，因此石墨烯层数一般不大于5层，优选地为4层。
第二，石墨烯及石墨烯氧化物具有优异的力学性能，它是已知材料中强度和硬度最高的晶体材料，其断裂强度(强度极限)为42n/m2,抗拉强度和弹性模量分别为130gpa和1.0tpa，同等条件下约为普通钢的100倍，因此石墨烯的应用增强了组件的刚性和机械载荷能力。
第三，石墨烯及石墨烯氧化物具有优异的热学性质，其热传导系数为4.84*103至5.3*103w/mk，因此，将组件在阳光下产生的热迅速传导给玻璃和铝边框，降低和减缓温度对组件性能的影响。
第四，石墨烯带负电，且具有较大的比表面积，无论是对于金属离子或是有机物，均具有极强的吸附性能，因此，其不仅对造成组件pid效应的金属离子进行有效的吸附，还可以吸收水汽及eva水解产生的乙酸，此外，石墨烯可以通过掺杂改性来进行功能设计，使其具备更多功能。
为提高超薄二维电纳米材料层与组件边框9之间的传导性能，超薄二维电纳米材料层侧边通过导电复合胶与所述组件边框9连接。
为使超薄二维电纳米材料层结构稳定，超薄二维电纳米材料层应用成膜技术敷设在前板玻璃2或背板8表面。
其中，入射光1穿过组件前板玻璃2和eva，进入太阳能电池，在电池内部产生载流子，从而实现由光转化为电。
其中，前板玻璃2一般是超白钢化玻璃：(1)主要对整个组件起到了支撑，为组件提供足够的机械强度，通常厚度为3.2mm。(2)太阳能行业所使用的钢化玻璃要求含铁量不超过0.01％。(3)透射率：要求波长为400nm-1100nm的光谱范围内的光透过率在91％以上。(4)抗风压性能：要求其抗风压性能大于2400pa(相当于12级飓风所产生的风压800pa，并有3倍的安全系数)。
其中，第一封装层4、第二封装层6一般指eva和密封胶，密封胶单组分室温硫化硅橡胶，颜色多为白色，气味低，不含溶剂，无腐蚀性。耐侯性能优良，耐紫外线老化、耐臭氧性能优良。乙烯—醋酸乙烯共聚物(简称eva)是由乙烯(e)和醋酸乙烯(va)共聚而成。eva太阳能电池胶膜是用eva为主要原料，添加各种改性助剂充分混合后，经生产加工设备加热流延挤出成型的薄膜状产品。使用时，发生热交联固化，将太阳电池和盖板玻璃及背板8产生永久性的粘合密封，可经受各种气候环境和恶劣条件下使用。
其中，光伏太阳能电池5，是组件的核心部分，将光转化为电的器件，从上到下一般由前金属电极、减反射层、发射极、硅片基体、背钝化层和背接触电极构成；其中单面电池适合于做常规组件，双面电池适合于做双面组件。
其中，背板8材料，太阳能背板8由多层高分子薄膜经碾压黏合起来的复合膜，对电池片起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性。pet提供力学性能和绝缘性能，氟材料提供阻隔性和耐候性。背板8产品质量也主要取决于是表面的氟材料，一般来说只要加工得当，氟元素含量足够，背板8的耐侯性和阻隔性都不是问题。
按照本发明提供的一种抗pid组件的制备方法，包括步骤：
(1)在前板玻璃2下表面和背板8上表面采用旋涂法、喷涂法、自组装法或物理转移法敷设1-20层层状纳米材料层；最优选地，采用旋涂法敷设4层层状纳米材料层；
(2)将下表面敷设有超薄二维电纳米材料层3的前板玻璃2、第一封装层4、光伏太阳能电池5、第二封装层6、上表面敷设有超薄二维电纳米材料层7的背板8，从上至下依次敷设；
(3)敷设后放入层压设备，根据第一封装层4和第二封装层6的材料调温至预设温度，层压预设时长；
(4)修边、安装组件边框9并连接线盒。
其中，在第一种实施方式中，层状纳米材料层的形成方法中包括：
(1.1)取层状纳米材料粉末、分散剂和溶剂加入高速混合机混合均匀；
(1.2)加入高速离心机以25000-30000r/min的转速去除多层层状纳米材料，得到单层层状纳米材料分散液；
(1.3)将前板玻璃2和背板8用纯水、酸溶液、弱碱溶液或洗涤剂中的一种或多种组合进行清洗；
(1.4)取分散剂完全覆盖前板玻璃2和背板8表面，静置1-20min；
(1.5)将单层层状纳米材料分散液采用薄膜制备工艺敷设在步骤(1.4)中得到的前板玻璃2下表面和背板8上表面；
(1.6)甩离多余的单层层状纳米材料分散液，挥发溶剂。
该种实施方式，工艺简单，成本低廉，方便大批量生产。
在第一种实施方式中，层状纳米材料层的形成方法包括：
(1.1)在金属基底上cvd生长层状纳米材料层；
(1.2)用pmma转移至前板玻璃2下表面和背板8上表面。
该种实施方式可准确的控制纳米层的厚度，精度更高，得到组件的综合性能更好。
在第三种实施方式中，层状纳米材料层的形成方法为自组装法，基于带相反电荷的物质之间的静电相互作用为驱动力的薄膜制备技术。通过表面改性，使层状纳米材料表面带有不同的基团、电荷，从而通过静电力、π-π作用等进行层状组装，从而在前板玻璃2和背板8上制备层状纳米材料层。
在第四种实施方式中，层状纳米材料层的形成方法包括：
(1.1)取层状纳米材料粉末、分散剂和溶剂加入高速混合机混合均匀；
(1.2)通过喷雾枪雾化石墨烯分散液；
(1.3)然后将雾化的小液滴喷洒到预热的基底上；
(1.4)待溶剂挥发，最后得到石墨烯薄膜。
或，
在第五种实施方式中，层状纳米材料层的形成方法包括：
(1.1)在一定温度下，所述温度小于玻璃最高承受温度；
(1.2)将盖板玻璃放入cvd设备中；
(1.3)抽真空，通保护气，通碳源如甲烷
(1.4)所述盖板玻璃表面涂有催化剂，一般为金属颗粒；
(1.5)沉积一定时间即可得到超薄二维材料基盖板玻璃。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。