Измерение температуры поверхности situ в печи конвейерной ленты с помощью инфракрасной термографии
Summary
В этом протоколе описывается, как установить инфракрасную камеру в конвейерную ленту печи, провести заказчик коррекции заводской откалиброванной ИК-камеры, а также оценить пространственное распределение температуры поверхности объекта, представляющий интерес. Примером объектов являются промышленные кремниевые солнечные элементы.
Abstract
Измерение температуры поверхности объектов, обрабатываемых в конвейерных печах, является важным инструментом контроля процесса и обеспечения качества. В настоящее время температура поверхности объектов, обрабатываемых в конвейерных печах, обычно измеряется с помощью термокоуплей. Тем не менее, инфракрасная (ИК) термография представляет многочисленные преимущества по сравнению с термокорпусными измерениями, так как это бесконтактный, в режиме реального времени и пространственно разрешенный метод. Здесь, в качестве репрезентативного доказательства концепции пример, inline термографии система успешно установлена в ИК-лампа питание солнечной печи стрельбы, которая используется для процесса контактного стрельбы промышленных солнечных батарей Si. В этом протоколе описывается, как установить ИК-камеру в конвейерную ленту печи, провести коррекцию заказчика заводской откалиброванной ИК-камеры, а также выполнить оценку пространственного распределения температуры поверхности на целевом объекте.
Introduction
Контроль процесса и обеспечение качества объектов, обрабатываемых вконвейерных печах 1, важны и осуществляется путем измерения температуры поверхности объекта. В настоящее время температура обычно измеряется термокоуплом1. Поскольку термокомпые измерения требуют контакта с объектом, термокоупли неизбежно повреждают объект. Поэтому обычно выбирают репрезентативные образцы партии для измерения температуры, которые не обрабатываются с момента их повреждения. Измеренные температуры этих поврежденных объектов затем обываются на оставшиеся образцы из партии, которые затем обрабатываются. Соответственно, производство должно быть прервано для термоотесных измерений. Кроме того, контакт является локальным, нуждается в корректировке после каждого измерения и влияет на местную температуру.
Инфракрасная (ИК)термография 2 имеет ряд преимуществ по сравнению с классическими измерениями термокорпуса и представляет собой бесконтактный, на месте, в режиме реального времени, экономию времени и пространственно решенный метод измерения температуры. Используя этот метод, каждый образец партии, включая те, которые дополнительно обрабатываются, может быть измерен без прерывания производства. Кроме того, можно измерить распределение температуры поверхности, что дает представление о однородности температуры в процессе. Функция в режиме реального времени позволяет коррекции температурных параметров на лету. До сих пор возможными причинами отказа от использования ИК-термографии в конвейерных лентах являются 1) неизвестные оптические параметры горячих объектов(особенно для неметаллов 3)и 2) паразитическое экологическое излучение в печи (т.е. отраженное излучение, обнаруженное ИК-камерой в дополнение к испускаемому излучению излучения от объекта), что приводит к ложнойтемпературной выходу 2.
Здесь, в качестве репрезентативного доказательства концепции пример ИК-термографии в конвейерной ленте печи, мы успешно установили inline термографии системы в ИК-лампы питание солнечной печи огня (Рисунок 1), который используется в процессе контактной стрельбы промышленных солнечных батарей Si (Рисунок 2A,B)4,5. Процесс стрельбы является важным шагом в конце промышленного производства солнечных батарей6. На этом этапе контакты ячейки образуются7,,8,а поверхностная пассивация активируется9. Чтобы успешно достичь последнего, профиль температуры времени во время процессастрельбы (рисунок 2C) должен быть точно реализован. Поэтому необходим достаточный и эффективный контроль температуры. В этом протоколе описывается, как установить ИК-камеру в конвейерную ленту печи, провести коррекцию заказчика заводской откалиброванной ИК-камеры, а также оценить пространственное распределение температуры поверхности целевого объекта.
Protocol
Representative Results
Discussion
Как правило, температура термографии корректируется путем измерения и адаптации оптических параметров объекта, трансмиссивного окна и траектории, а также температуры окружающей среды объекта итрансмиссивного окна 2. В качестве альтернативного метода в этом протоколе оп?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа поддерживается Федеральным министерством экономики Германии в рамках проекта “Feuerdrache” (0324205B). Авторы благодарят коллег, которые внесли свой вклад в эту работу, и партнеров по проекту (InfraTec, Rehm Thermal Systems, Heraeus Noblelight, Trumpf Photonic Components) за софинансирование и оказание выдающейся поддержки.
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).
