In Situ Overflate Temperatur Måling i en Transportbånd Ovn via Inline Infrarød Termografi
Summary
Denne protokollen beskriver hvordan du installerer et infrarødt kamera i en transportbåndovn, utfører en kundekorreksjon av et fabrikkkalibrert IR-kamera og evaluerer den romlige overflatetemperaturfordelingen av et objekt av interesse. Eksempelobjektene er industrielle silisiumsolceller.
Abstract
Måling av overflatetemperaturen til objekter som behandles i transportbåndovner er et viktig verktøy i prosesskontroll og kvalitetssikring. For tiden måles overflatetemperaturen til gjenstander som behandles i transportbåndovner vanligvis via termoelementer. Infrarød (IR) termografi gir imidlertid flere fordeler sammenlignet med termoelementmålinger, da det er en kontaktløs, sanntids og romlig løst metode. Her, som et representativt konseptbeviseksempel, er et inline termografisystem installert i en IR-lampedrevet solavfyringsovn, som brukes til kontaktavfyringsprosessen til industrielle Si-solceller. Denne protokollen beskriver hvordan du installerer et IR-kamera i en transportbåndovn, utfører en kundekorreksjon av et fabrikkkalibrert IR-kamera og utfører evalueringen av romlig overflatetemperaturfordeling på et målobjekt.
Introduction
Prosesskontroll og kvalitetssikring av gjenstander behandlet itransportbåndovner 1 er viktig og oppnås ved å måle objekttemperaturens overflatetemperatur. For tiden måles temperaturen vanligvis ved et termoelement1. Etter hvert som termoelementmålinger krever kontakt med objektet, skader termoelementet uunngåelig objektet. Derfor er det vanlig å velge representative prøver av en batch for temperaturmålinger, som ikke behandles videre siden de blir skadet. De målte temperaturene til disse skadede objektene generaliseres deretter til de gjenværende prøvene fra batchen, som behandles videre. Koblet til at produksjonen avbrytes for termoelementmålinger. Videre er kontakten lokal, må justeres på nytt etter hver måling, og påvirker den lokale temperaturen.
Infrarød (IR) termografi2 har en rekke fordeler ved klassiske termoelementmålinger og representerer en kontaktløs, in-situ, sanntid, tidsbesparende og romlig løst temperaturmålingsmetode. Ved hjelp av denne metoden kan hvert utvalg av partiet, inkludert de som behandles videre, måles uten å avbryte produksjonen. I tillegg kan overflatetemperaturfordelingen måles, noe som gir innsikt i temperaturhomogenitet under prosessen. Sanntidsfunksjonen tillater korrigering av temperaturinnstillinger på farten. Så langt er de mulige årsakene til ikke å bruke IR-termografi i transportbåndovner 1) ukjente optiske parametere for varme gjenstander (spesielt for ikke-metaller3) og 2) parasittisk miljøstråling i ovnen (det vil si reflektert stråling oppdaget av IR-kameraet i tillegg til den avgitte strålingen fra objektet), noe som fører til falsktemperaturutgang 2.
Her, som et representativt konseptbeviseksempel på IR-termografi i en transportbåndovn, installerte vi et inline termografisystem i en IR-lampedrevet solavfyringsovn (figur 1), som brukes under kontaktavfyringsprosessen til industrielle Si-solceller (figur 2A, B)4,5. Avfyringsprosessen er et avgjørende skritt på slutten av industriell solcelleproduksjon6. I løpet av dette trinnet dannes kontaktene til cellen7,,8,og overflate passivisering aktiveres9. For å oppnå sistnevnte, må tidstemperaturprofilen under avfyringsprosessen (figur 2C) realiseres nøyaktig. Derfor er tilstrekkelig og effektiv temperaturkontroll nødvendig. Denne protokollen beskriver hvordan du installerer et IR-kamera i en transportbåndovn, utfører en kundekorreksjon av et fabrikkkalibrert IR-kamera og evaluerer den romlige overflatetemperaturfordelingen av et målobjekt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Termografitemperaturen korrigeres vanligvis ved å måle og tilpasse objektets optiske parametere, transmissiv vindu og bane, og miljøtemperaturen til objektet og det transmissive vinduet2. Som en alternativ metode er en temperaturkorreksjonsteknikk basert på termoelementmålinger beskrevet i denne protokollen. For sistnevnte metode er kunnskap om parametrene nevnt ovenfor ikke nødvendig. For søknaden som vises her, er denne metoden tilstrekkelig. Det kan imidlertid ikke garanteres at termoele…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet støttes av det tyske føderale departementet for økonomiske saker i prosjektet “Feuerdrache” (0324205B). Forfatterne takker kollegene som bidro til dette arbeidet og prosjektpartnerne (InfraTec, Rehm Thermal Systems, Heraeus Noblelight, Trumpf Photonic Components) for co-finansiering og gir fremragende støtte.
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).
