قياس درجة حرارة السطح في الموقع في فرن الحزام الناقل عبر ثيرموغرافية الأشعة تحت الحمراء المضمنة
Summary
يصف هذا البروتوكول كيفية تثبيت كاميرا الأشعة تحت الحمراء في فرن الحزام الناقل ، وإجراء تصحيح العملاء من كاميرا الأشعة تحت الحمراء معايرة المصنع ، وتقييم توزيع درجة حرارة السطح المكاني لكائن من الفائدة. الكائنات على سبيل المثال هي الخلايا الشمسية السيليكون الصناعية.
Abstract
قياس درجة حرارة سطح الكائنات التي تتم معالجتها في أفران الحزام الناقل هو أداة هامة في مراقبة العملية وضمان الجودة. حاليا، يتم عادة قياس درجة حرارة سطح الأجسام المعالجة في أفران الحزام الناقل عن طريق الحرارية. ومع ذلك، فإن التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (IR) يقدم مزايا متعددة مقارنة بقياسات الثيرموبل الحراري، حيث أنه أسلوب غير ملامس، وفي الوقت الحقيقي، وحل مكاني. هنا ، كمثال تمثيلي لإثبات المفهوم ، يتم تثبيت نظام ثيرمغرافي مضمن بنجاح في فرن الطاقة الشمسية تعمل بالطاقة مصباح الأشعة تحت الحمراء ، والذي يستخدم في عملية إطلاق الاتصال للخلايا الشمسية Si الصناعية. يصف هذا البروتوكول كيفية تثبيت كاميرا الأشعة تحت الحمراء في فرن الحزام الناقل، وإجراء تصحيح عميل لكاميرا الأشعة تحت الحمراء معايرة المصنع، وإجراء تقييم توزيع درجة حرارة السطح المكاني على كائن الهدف.
Introduction
مراقبة العملية وضمان الجودة للأجسام المعالجة في أفران الحزام الناقل1 أمر مهم وإنجازه من خلال قياس درجة حرارة سطح الجسم. حاليا، يتم عادة قياس درجة الحرارة بواسطة1الحرارية . كما تتطلب القياسات الحرارية الاتصال مع الكائن، ثيرموكوبل لا محالة تلف الكائن. ولذلك، فمن الشائع لاختيار عينات تمثيلية من دفعة لقياسات درجة الحرارة، والتي لا يتم معالجتها أكثر من ذلك لأنها تصبح معطوبة. ثم تعمم درجات الحرارة المقاسة لهذه الأجسام التالفة على العينات المتبقية من الدفعة، التي تتم معالجتها بشكل أكبر. وبناء على ذلك، يجب أن توقف الإنتاج لقياسات الحرارية. وعلاوة على ذلك، فإن جهة الاتصال المحلية، تحتاج إلى تعديل بعد كل قياس، ويؤثر على درجة الحرارة المحلية.
الأشعة تحت الحمراء (IR)2 لديها عدد من المزايا على القياسات الحرارية الكلاسيكية ويمثل طريقة قياس درجة الحرارة غير تلامسية، في الموقع، في الوقت الحقيقي، توفير الوقت، وحل مكاني. باستخدام هذه الطريقة، يمكن قياس كل عينة من المجموعة، بما في ذلك تلك التي تتم معالجتها بشكل أكبر، دون مقاطعة الإنتاج. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن قياس توزيع درجة حرارة السطح، مما يوفر نظرة ثاقبة على تجانس درجة الحرارة أثناء العملية. ميزة في الوقت الحقيقي يسمح تصحيح إعدادات درجة الحرارة على ذبابة. حتى الآن، والأسباب المحتملة لعدم استخدام التصوير الحراري IR في أفران الحزام الناقل هي 1) المعلمات البصرية غير معروف من الأجسام الساخنة (وخاصة بالنسبة لغير الفلزات3)و 2) الإشعاع البيئي الطفيلي في الفرن (أي، منعكس الإشعاع الكشف عن كاميرا الأشعة تحت الحمراء بالإضافة إلى الإشعاع المنبعث من الجسم)، مما يؤدي إلى إخراج درجة الحرارةكاذبة 2.
هنا، كمثال تمثيلي إثبات مفهوم من الأشعة تحت الحمراء الرمغرافيا في فرن الحزام الناقل، ونحن بنجاح تثبيت نظام حرارية مضمنة في مصباح الأشعة تحت الحمراء فرن اطلاق النار بالطاقة الشمسية (الشكل 1)، والذي يستخدم أثناء عملية اطلاق النار الاتصال من الخلايا الشمسية Si الصناعية(الشكل 2A، B)4،5. عملية اطلاق النار هو خطوة حاسمة في نهاية إنتاج الخلايا الشمسية الصناعية6. خلال هذه الخطوة، يتم تشكيل اتصالات الخلية7،8، ويتم تنشيط التخميل السطحي9. لتحقيق هذا الأخير بنجاح، يجب أن يتحقق بدقة في الوقت درجة الحرارة خلال عملية اطلاق النار(الشكل 2C). ولذلك، يتطلب التحكم في درجة الحرارة بما فيه الكفاية والكفاءة. يصف هذا البروتوكول كيفية تثبيت كاميرا الأشعة تحت الحمراء في فرن الحزام الناقل، وإجراء تصحيح العميل لكاميرا الأشعة تحت الحمراء معايرة المصنع، وتقييم توزيع درجة حرارة السطح المكاني لكائن الهدف.
Protocol
Representative Results
Discussion
عادة، يتم تصحيح درجة حرارة الرسم الحراري عن طريق قياس وتكييف المعلمات البصرية للكائن، ونافذة مهاجمة والمسار، ودرجة الحرارة البيئية للكائن ونافذة2. وكطريقة بديلة، يرد وصف لتقنية تصحيح درجة الحرارة القائمة على قياسات الكوبل الحراري في هذا البروتوكول. وبالنسبة للأسلوب الأخير?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا العمل تدعمه الوزارة الاتحادية الألمانية للشؤون الاقتصادية في إطار مشروع “Feuerdrache” (0324205B). يشكر المؤلفون زملاء العمل الذين ساهموا في هذا العمل وشركاء المشروع (InfraTec، Rehm Thermal Systems، Heraeus Noblelight، Trumpf Photonic Components) على المشاركة في التمويل وتقديم الدعم المتميز.
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 |
Referencias
- 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).
