通过内联红外热成像在输送带炉中的原点表面温度测量
Summary
该协议描述了如何将红外摄像机安装到传送带炉中，对工厂校准的红外摄像机进行客户校正，并评估感兴趣的物体的空间表面温度分布。示例对象是工业硅太阳能电池。
Abstract
测量输送带炉中加工物体的表面温度是过程控制和质量保证的重要工具。目前，输送带炉中加工的物体的表面温度通常通过热电偶测量。然而，与热电偶测量相比，红外 （IR） 热成像具有多种优势，因为它是一种非接触式、实时和空间解析方法。在这里，作为一个具有代表性的概念验证的例子，一个内联热成像系统成功地安装在IR灯供电的太阳能发射炉，用于工业Si太阳能电池的接触发射过程。该协议描述了如何将红外摄像机安装到传送带炉中，对工厂校准的红外摄像机进行客户校正，以及对目标物体的空间表面温度分布进行评估。
Introduction
输送带1中处理物体的过程控制和质量保证，通过 测量物体的表面温度，是十分重要的。目前，温度通常由热电偶1测量。由于热电偶测量需要与物体接触，热电偶不可避免地会损坏物体。因此，通常选择一批具有代表性的样品进行温度测量，因为温度测量损坏后不再进行进一步处理。然后，这些受损物体的测量温度将推广到批次中剩余的样品，这些样品将进一步处理。因此，热电偶测量必须中断生产。此外，接触是局部的，每次测量后需要重新调整，并影响当地温度。
与传统的热电偶测量相比，红外 （IR） 热成像 2 具有许多优势，它代表了一种非接触式、就地、实时、省时和空间解析的温度测量方法。使用此方法，可以在不中断生产的情况下测量批次的每个样本，包括进一步处理的样品。此外，还可以测量表面温度分布，从而深入了解过程中的温度均匀性。实时功能允许实时校正温度设置。到目前为止，在传送带炉中不使用红外热成像的可能原因是 1） 未知光学参数的热物体（特别是非金属3）和 2） 在熔炉中寄生环境辐射（即红外摄像机检测到的反射辐射以及物体发射的辐射），导致错误温度输出2。
在这里，作为输送带炉中红外热成像的代表性概念验证示例，我们成功地将一个内联热成像系统安装到红外灯供电的太阳能燃烧炉（图1），用于工业Si太阳能电池的接触燃烧过程（图2A，B）4，5。4,5A,B发射过程是工业太阳能电池生产结束的关键一步。在此步骤中，细胞的触点形成7,7，8，表面钝化被激活9。要成功实现后者，必须准确实现发射过程中的时间温度剖面（图2C）。因此，需要充分和有效的温度控制。该协议描述了如何将红外摄像机安装到传送带炉中，对工厂校准的红外摄像机进行客户校正，并评估目标物体的空间表面温度分布。
Protocol
Representative Results
Discussion
通常，通过测量和调整物体的光学参数、透射窗口和路径以及物体的环境温度和透射窗口2来校正热成像温度。作为替代方法，本协议介绍了一种基于热电偶测量的温度校正技术。对于后一种方法，不需要了解上述参数。对于此处显示的应用程序，此方法就足够了。但是，无法保证热电偶方法足以满足输送带炉中的所有热成像应用。
在协议中，对热成像图像?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了德国联邦经济事务部在”Feuerdrache”项目（0324205B）中的支持。作者感谢为这项工作做出贡献的同事和项目合作伙伴（InfraTec、Rehm 热力系统、贺利氏贵族灯、Trumpf 光子组件）共同资助和提供出色的支持。
Materials
| Datalogger incl. Thermal barrier | Datapaq Ltd. | ||
| IR thermography camera "Image IR 8300" | InfraTec GmbH | ||
| IR thermography software "IRBIS Professional 3.1" | InfraTec GmbH | ||
| Solar cells | Fraunhofer ISE | ||
| Solar firing furnace "RFS 250 Plus" | Rehm Thermal Systems GmbH | ||
| Sheath thermocouples type K | TMH GmbH | ||
| Thermocouple quartzframe | Heraeus Noblelight GmbH |
References
- Xu, J., Zhang, J., Kuang, K. . Conveyor Belt Furnace Thermal Processing. , (2018).
- Breitenstein, O., Warta, M. W. . Langenkamp Lock-in Thermography: Basics and Use for Evaluating Electronic Devices and Materials. , (2010).
- Ravindra, N. M., Ravindra, K., Mahendra, S., Sopori, B., Fiory, A. T. Modeling and Simulation of Emissivity of Silicon-Related Materials and Structures. Journal of Electronic Materials. 32 (10), 1052-1058 (2003).
- Ourinson, D., et al. In Situ Solar Wafer Temperature Measurement during Firing Process via Inline IR Thermography. Physica Status Solidi (RRL) – Rapid Research Letters. 13 (10), 1900270 (2019).
- Ourinson, D., et al. In-situ wafer temperature measurement during firing process via inline infrared thermography. AIP Conference Proceedings. 2156, 020013 (2019).
- Cooper, I. B., et al. Understanding and Use of IR Belt Furnace for Rapid Thermal Firing of Screen-Printed Contacts to Si Solar Cells. IEEE Electron Device Letters. 31 (5), 461-463 (2010).
- Schubert, G., Huster, F., Fath, P. Physical understanding of printed thick-film front contacts of crystalline Si solar cells-Review of existing models and recent developments. Solar Energy Materials and Solar Cells. 90 (18-19), 3399-3406 (2006).
- Rauer, M., et al. Aluminum Alloying in Local Contact Areas on Dielectrically Passivated Rear Surfaces of Silicon Solar Cells. IEEE Electron Device Letters. 32 (7), 916-918 (2011).
- Pawlik, M., Vilcot, J. -. P., Halbwax, M., Gauthier, M., Le Quang, N. Impact of the firing step on Al 2 O 3 passivation on p-type Czochralski Si wafers: Electrical and chemical approaches. Japanese Journal of Applied Physics. 54 (8), 21 (2015).
- Lee, B. J., Zhang, Z. M. RAD-PRO: Effective Software for Modeling Radiative Properties in Rapid Thermal Processing. 2005 13th International Conference on Advanced Thermal Processing of Semiconductors. , (2005).
- . Temperature Measurements Available from: https://meettechniek.info/measuring/temperature.html (2020)
- Blakers, A. W., Wang, A., Milne, A. M., Zhao, J., Green, M. A. 22.8% efficient silicon solar cell. Applied Physics Letters. 55 (13), 1363-1365 (1989).
- Dullweber, T., et al. PERC+: industrial PERC solar cells with rear Al grid enabling bifaciality and reduced Al paste consumption. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 24 (12), 1487-1498 (2016).
- Ourinson, D., Emanuel, G., Lorenz, A., Clement, F., Glunz, S. W. Evaluation of the burnout phase of the contact firing process for industrial PERC. AIP Conference Proceedings. 2147 (1), 040015 (2019).
