I Situ yttemperaturmätning i en transportbandugn via Inline Infraröd termografi
Summary
Detta protokoll beskriver hur man installerar en infraröd kamera i en transportband ugn, genomföra en kund korrigering av en fabrik kalibrerad IR-kamera, och utvärdera den rumsliga yttemperaturfördelningen av ett objekt av intresse. Exempelobjekten är industriella kiselsolceller.
Abstract
Att mäta yttemperaturen på föremål som bearbetas i transportbandsugnar är ett viktigt verktyg vid processkontroll och kvalitetssäkring. För närvarande mäts yttemperaturen på föremål som bearbetas i transportbandsugnar vanligtvis via termoelement. Infraröd (IR) termografi presenterar dock flera fördelar jämfört med termoelement mätningar, eftersom det är en kontaktlös, realtid, och rumsligt löst metod. Här, som en representativ proof-of-concept exempel, en inline thermography system är framgångsrikt installeras i en IR-lampa drivs sol bränning ugn, som används för kontakt bränning processen av industriella Si solceller. Detta protokoll beskriver hur du installerar en IR-kamera i en transportbandugn, genomför en kundkorrigering av en fabrikkalibrerad IR-kamera och utför utvärderingen av spatial yttemperaturfördelning på ett målobjekt.
Introduction
Processkontroll och kvalitetssäkring av föremål som bearbetas i transportbandsugnar1 är viktigt och åstadkoms genom att mäta objektets yttemperatur. För närvarande mäts temperaturen typiskt med ett termoelement1. Eftersom termoelementmätningar kräver kontakt med föremålet skadar termoelement ofrånkomligen föremålet. Därför är det vanligt att välja representativa prover av ett parti för temperaturmätningar, som inte bearbetas vidare sedan de skadas. De uppmätta temperaturerna hos dessa skadade föremål generaliseras sedan till de återstående proverna från partiet, som bearbetas vidare. Följaktligen måste produktionen avbrytas för termoelementmätningar. Vidare är kontakten lokal, behöver justeras efter varje mätning, och påverkar den lokala temperaturen.
Infraröd (IR) termografi2 har ett antal fördelar jämfört med klassiska termoelement mätningar och representerar en kontaktlös, in-situ, realtid, tidsbesparande, och rumsligt löst temperaturmätningsmetod. Med den här metoden kan varje prov av partiet, inklusive de som bearbetas vidare, mätas utan att produktionen avbryts. Dessutom kan yttemperaturfördelningen mätas, vilket ger insikt i temperatur homogenitet under processen. Realtidsfunktionen möjliggör korrigering av temperaturinställningar on-the-fly. Hittills är de möjliga skälen för att inte använda IR-termografi i transportbandugnar 1) okända optiska parametrar av heta objekt (särskilt för nonmetals3) och 2) parasitisk miljöstrålning i ugnen (dvs, reflekterad strålning som upptäcks av IR-kameran utöver den avgivna strålningen från objektet), vilket leder till falsk temperatureffekt2.
Här, som en representativ proof-of-concept exempel på IR-thermography i en transportband ugn, vi framgångsrikt installerat en inlinestemografi system i en IR-lampa drivs sol bränning ugn (Figur 1), som används under kontakt bränning processen av industriella Si solceller (Figur 2A,B)4,5. Bränningsprocessen är ett avgörande steg i slutet av industriell solcellsproduktion6. Under detta steg bildas cellens kontakter7,8, och yt passivering aktiveras9. För att lyckas uppnå det senare måste tid-temperaturprofilen under eldningen (Figur 2C) realiseras exakt. Därför krävs tillräcklig och effektiv temperaturreglering. Detta protokoll beskriver hur du installerar en IR-kamera i en transportbandsugn, genomför en kundkorrigering av en fabrikkalibrerad IR-kamera och utvärderar den rumsliga yttemperaturfördelningen för ett målobjekt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vanligen korrigeras termografitemperaturen via mätning och anpassning av objektets optiska parametrar, transmissiva fönster och väg samt objektets och transmissivt fönsterstemperatur 2. Som alternativ metod beskrivs en teknik för temperaturkorrigering baserad på termoelementmätningar i detta protokoll. För den senare metoden krävs inte kunskap om de parametrar som nämns ovan. För den applikation som visas här är denna metod tillräcklig. Det kan dock inte garanteras att termoelementme…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av det tyska federala näringsministeriet inom projektet “Feuerdrache” (0324205B). Författarna tackar de medarbetare som bidragit till detta arbete och projektpartnerna (InfraTec, Rehm Thermal Systems, Heraeus Noblelight, Trumpf Photonic Components) för samfinansiering och tillhandahållande av enastående stöd.
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).
