Sıralı Kızılötesi Termografi ile Konveyör Bant Fırınında Situ Yüzey Sıcaklığı Ölçümü
Summary
Bu protokol, bir konveyör bant fırınına kızılötesi kamera nın nasıl yerleştirilmeyeceği, fabrikada kalibre edilmiş bir IR kameranın müşteri düzeltmesinin nasıl yürütüldürün ve ilgi çekici bir nesnenin mekansal yüzey sıcaklığı dağılımının nasıl değerlendirilecece açıklanmaktadır. Örnek nesneler endüstriyel silikon güneş pilleri vardır.
Abstract
Konveyör bant fırınlarında işlenen nesnelerin yüzey sıcaklığının ölçülmesi, proses kontrolü ve kalite güvencesinde önemli bir araçtır. Şu anda konveyör bant fırınlarında işlenen nesnelerin yüzey sıcaklığı genellikle termokupllar ile ölçülür. Ancak, kızılötesi (IR) termometre, temassız, gerçek zamanlı ve uzamsal olarak çözümlenmiş bir yöntem olduğu için termokupl ölçümlerine göre birden fazla avantaj sunar. Burada, temsili bir kanıt-of-kavram örnek olarak, bir satırlı termografi sistemi başarıyla endüstriyel Si güneş hücrelerinin temas ateş süreci için kullanılan bir IR lamba sıyrık güneş ateş fırını, yüklenir. Bu protokol, bir konveyör bant fırınına ir kamera nın nasıl yerleştirilmeyeceği, fabrikada kalibre edilmiş bir IR kameranın müşteri düzeltmesinin nasıl yapılacağını ve hedef bir nesne üzerindeki mekansal yüzey sıcaklığı dağılımının değerlendirmesini nasıl gerçekleştireceklerini açıklar.
Introduction
Konveyör bant fırın1’de işlenen nesnelerin proses1 kontrolü ve kalite güvencesi, nesnenin yüzey sıcaklığının ölçülmesi ile önemlidir ve gerçekleştirilir. Şu anda, sıcaklık genellikle bir termokupl1ile ölçülür. Termokupl ölçümleri nesneyle temas gerektirdiğinden, termokupllar kaçınılmaz olarak nesneye zarar verir. Bu nedenle, sıcaklık ölçümleri için bir toplu iş temsili örnekleri seçmek yaygındır, onlar zarar beri daha fazla işlenmez. Bu hasarlı nesnelerin ölçülen sıcaklıkları daha sonra daha fazla işlenir toplu kalan örnekleriçin genelleştirilmiştir. Buna göre termokupl ölçümleri için üretimin kesilmesi gerekmektedir. Ayrıca, temas yerel, her ölçümden sonra düzeltilmesi gerekir ve yerel sıcaklığı etkiler.
Kızılötesi (IR) termografi2 klasik termokupl ölçümlerine göre bir takım avantajlara sahiptir ve temassız, yerinde, gerçek zamanlı, zaman kazandıran ve mekansal olarak çözülmüş sıcaklık ölçüm yöntemini temsil eder. Bu yöntem kullanılarak, daha fazla işlenmiş olanlar da dahil olmak üzere toplu işlemin her örneği üretimi kesintiye uğratmadan ölçülebilir. Buna ek olarak, yüzey sıcaklık dağılımı ölçülebilir, bu da işlem sırasında sıcaklık homojenliğine ışık sağlar. Gerçek zamanlı özellik, sıcaklık ayarlarının anında düzeltilmesine olanak tanır. Şimdiye kadar, konveyör bant fırınlarında IR termografisi kullanılmaması için olası nedenler 1) sıcak nesnelerin bilinmeyen optik parametreleri (özellikle ametaller için3)ve 2) fırında parazitik çevresel radyasyon (yani, nesneden yayılan radyasyona ek olarak IR kamera tarafından tespit yansıyan radyasyon), hangi yanlış sıcaklıkçıkışı2 yol açar .
Burada, bir konveyör bant fırınında IR termografisinin temsili bir kanıtı olarak, endüstriyel Si güneş pillerinin temas ateşleme işlemi sırasında kullanılan IR lambası ile çalışan güneş fırınına(Şekil 1)bir sıralı termografi sistemi kurduk (Şekil 2A,B)4,5. Ateşleme süreci endüstriyel güneş piliüretimi6 sonunda önemli bir adımdır. Bu adımda hücrenin kontakları7,8oluşur ve yüzey pasifasyonu9’daaktive edilir. İkincisini başarılı bir şekilde başarmak için, ateşleme işlemi sırasındaki zaman sıcaklığı profilinin(Şekil 2C)doğru bir şekilde gerçekleştirilmesi gerekir. Bu nedenle yeterli ve verimli sıcaklık kontrolü gereklidir. Bu protokol, bir konveyör bant fırınına ir kamera nın nasıl yerleştirilmeyeceği, fabrikada kalibre edilmiş bir IR kameranın müşteri düzeltmesinin nasıl yapılacağını ve hedef nesnenin mekansal yüzey sıcaklık dağılımının nasıl değerlendirilebildiğini açıklar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Genellikle, termografi sıcaklığı ölçme ve nesnenin optik parametreleri adapte, transmissive pencere ve yol ve nesnenin çevre sıcaklığı ve transmissive pencere2düzeltilir. Alternatif bir yöntem olarak, termokupl ölçümlerine dayalı bir sıcaklık düzeltme tekniği bu protokolde tanımlanmıştır. İkinci yöntem için, yukarıda belirtilen parametrelerin bilgisi gerekli değildir. Burada gösterilen uygulama için bu yöntem yeterlidir. Ancak, termokupl yönteminin konveyör bant …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, “Feuerdrache” (0324205B) projesi kapsamında Almanya Federal Ekonomik İşler Bakanlığı tarafından desteklenmiştir. Yazarlar bu çalışmada emeği geçen iş arkadaşlarına ve proje ortaklarına (InfraTec, Rehm Thermal Systems, Heraeus Noblelight, Trumpf Photonic Components) ortak finansman ve olağanüstü destek sağladıklarından dolayı teşekkür eder.
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).
