インライン赤外線サーモグラフィーによるコンベアベルト炉におけるその後の表面温度測定
Summary
このプロトコルは、コンベアベルト炉に赤外線カメラを設置する方法、工場で校正されたIRカメラの顧客補正を行い、対象物の空間表面温度分布を評価する方法を説明します。例としては、工業用シリコン太陽電池があります。
Abstract
コンベアベルト炉で加工される物品の表面温度を測定することは、プロセス制御と品質保証の重要なツールです。現在、コンベアベルト炉で処理される物体の表面温度は、通常熱電対を介して測定される。しかし、赤外線(IR)サーモグラフィーは、非接触、リアルタイム、空間的に解決された方法であるため、熱電対測定と比較して複数の利点を提示します。ここでは、代表的な概念実証例として、インラインサーモグラフィーシステムが、産業用Si太陽電池の接触焼成プロセスに使用されるIRランプ駆動式太陽焼成炉に正常に設置される。このプロトコルは、IRカメラをコンベアベルト炉に取り付け、工場でキャリブレーションされたIRカメラの修正を行い、ターゲットオブジェクト上の空間表面温度分布の評価を行う方法を説明します。
Introduction
コンベアベルト炉1 で処理された物品のプロセス制御と品質保証は、物体の表面温度を測定することによって重要かつ達成される。現在、温度は通常熱電対1によって測定される。熱電対測定は物体との接触を必要とするので、熱電対は必然的に物体に損傷を与える。したがって、温度測定用にバッチの代表的なサンプルを選択するのが一般的であり、損傷を受けてからそれ以上処理されません。これらの損傷した物体の測定された温度は、さらに処理されるバッチからの残りのサンプルに一般化される。したがって、熱電対測定のために生産を中断する必要があります。さらに、接触は局所的であり、各測定後に再調整する必要があり、局所的な温度に影響を与える。
赤外線(IR)サーモグラフィ2 は、従来の熱電対測定に対して多くの利点を有し、非接触、インサイトゥ、リアルタイム、時間節約、および空間的に分解された温度測定方法を表す。この方法を用いて、バッチの各サンプルは、さらに処理されるものを含め、生産を中断することなく測定することができる。さらに、表面温度分布を測定することができ、プロセス中の温度均質性に関する洞察を提供します。リアルタイム機能により、温度設定をオンザフライで修正できます。これまでのところ、コンベアベルト炉にIRサーモグラフィを使用しない理由として考えられるのは、1)炉内の高温物(特に非金属3)および2)の未知の光学パラメータ(特に非金属3)および2)内の寄生環境放射(すなわち、被放射物に加えてIRカメラによって検出された反射放射)であり、誤熱温度出力2を招く。
ここでは、コンベアベルト炉におけるIRサーモグラフィーの代表的な概念実証例として、産業用Si太陽電池セル(図2、B)4、5の接触焼成工程で使用されるIRランプ式太陽焼成炉(図1)にインラインサーモグラフィーシステムを設置しました。4,5焼成プロセスは、工業用太陽電池生産の終わりに重要なステップです 6.このステップの間に、セルの接触は77、8、8および表面のパッシベーションが活性化される9を形成する。後者を正常に達成するためには、焼成プロセス中の時間温度プロファイル(図2C)を正確に実現する必要があります。そのため、十分かつ効率的な温度制御が必要とされる。このプロトコルは、IRカメラをコンベアベルト炉に取り付け、工場でキャリブレーションされたIRカメラの修正を行い、ターゲットオブジェクトの空間表面温度分布を評価する方法を説明します。
Protocol
Representative Results
Discussion
一般に、サーモグラフィー温度は、物体の光学パラメータ、透過窓及び経路、および透過窓2の環境温度を測定及び適応させることによって補正される。代替方法として、熱電対測定に基づく温度補正技術がこのプロトコルに記載されている。後者の方法では、上記のパラメータの知識は必要ありません。ここに示すアプリケーションでは、この方法で十分です。しかし、熱…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作業は、プロジェクト「フォイエルドラチェ」(0324205B)内のドイツ連邦経済省によって支援されています。著者らは、この仕事に貢献した同僚と、プロジェクトパートナー(インフラテック、レーム・サーマル・システムズ、ヘレウス・ノーブルライト、トランプ・フォトニック・コンポーネント)に対する共同融資と優れた支援に感謝する。
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).
