Name: in situ surface temperature measurement in a conveyor belt furnace via inline infrared thermography
Uploaded: 2020-05-30T13:00:00
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이 작품은 프로젝트 "Feuerdrache"(0324205B) 내에서 독일 연방 경제부의 지원을 받고 있습니다. 저자는 공동 자금 조달 및 뛰어난 지원을 제공하기 위해이 작품과 프로젝트 파트너 (인프라 텍, Rehm 열 시스템, 헤레우스 노블 라이트, 트럼프 포토닉 구성 요소)에 기여 동료에게 감사드립니다.

1. 컨베이어 벨트 용광로에 IR 카메라 설치
<ol><li>IR 카메라로 측정해야 하는 용광로의 일부를 결정합니다. 참고: 여기서 발사 프로세스의 피크 영역이 선택됩니다(그림 1A의A발사 영역에서 주황색 강조 표시된 영역 참조).</li>
	<li>IR 카메라가 감지해야 하는 관심 온도 범위를 정의합니다(예: 700-900°C, 발사 공정의 전형적인 피크 온도 범위).</li>
	<li>관심 온도 범?...

<ol>
	<li>Xu, J., Zhang, J., Kuang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Conveyor Belt Furnace Thermal Processing. , (2018).</li><li>Breitenstein, O., Warta, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Langenkamp Lock-in Thermography: Basics and Use for Evaluating Electronic Devices and Materials. , (2010).</li><li>Ravindra, N. M., Ravindra, K., Mahendra, S., Sopori, B., Fiory, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+and+Simulation+of+Emissivity+of+Silicon-Related+Materials+and+Structures.">Modeling and Simulation of Emissivity of Silicon-Related Materials and Structures.</a> Journal of Electronic Materials. 32 (10), 1052-1058 (2003).</li><li>Ourinson, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Solar+Wafer+Temperature+Measurement+during+Firing+Process+via+Inline+IR+Thermography.">In Situ Solar Wafer Temperature Measurement during Firing Process via Inline IR Thermography.</a> Physica Status Solidi (RRL) - Rapid Research Letters. 13 (10), 1900270 (2019).</li><li>Ourinson, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-situ+wafer+temperature+measurement+during+firing+process+via+inline+infrared+thermography.">In-situ wafer temperature measurement during firing process via inline infrared thermography.</a> AIP Conference Proceedings. 2156, 020013 (2019).</li><li>Cooper, I. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+and+Use+of+IR+Belt+Furnace+for+Rapid+Thermal+Firing+of+Screen-Printed+Contacts+to+Si+Solar+Cells.">Understanding and Use of IR Belt Furnace for Rapid Thermal Firing of Screen-Printed Contacts to Si Solar Cells.</a> IEEE Electron Device Letters. 31 (5), 461-463 (2010).</li><li>Schubert, G., Huster, F., Fath, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+understanding+of+printed+thick-film+front+contacts+of+crystalline+Si+solar+cells-Review+of+existing+models+and+recent+developments.">Physical understanding of printed thick-film front contacts of crystalline Si solar cells-Review of existing models and recent developments.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 90 (18-19), 3399-3406 (2006).</li><li>Rauer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aluminum+Alloying+in+Local+Contact+Areas+on+Dielectrically+Passivated+Rear+Surfaces+of+Silicon+Solar+Cells.">Aluminum Alloying in Local Contact Areas on Dielectrically Passivated Rear Surfaces of Silicon Solar Cells.</a> IEEE Electron Device Letters. 32 (7), 916-918 (2011).</li><li>Pawlik, M., Vilcot, J. -. P., Halbwax, M., Gauthier, M., Le Quang, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+the+firing+step+on+Al+2+O+3+passivation+on+p-type+Czochralski+Si+wafers:+Electrical+and+chemical+approaches.">Impact of the firing step on Al 2 O 3 passivation on p-type Czochralski Si wafers: Electrical and chemical approaches.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 54 (8), 21 (2015).</li><li>Lee, B. J., Zhang, Z. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RAD-PRO:+Effective+Software+for+Modeling+Radiative+Properties+in+Rapid+Thermal+Processing.">RAD-PRO: Effective Software for Modeling Radiative Properties in Rapid Thermal Processing.</a> 2005 13th International Conference on Advanced Thermal Processing of Semiconductors. , (2005).</li><li>. Temperature Measurements Available from: <a target="_blank" href="https://meettechniek.info/measuring/temperature.html">https://meettechniek.info/measuring/temperature.html</a> (2020)</li><li>Blakers, A. W., Wang, A., Milne, A. M., Zhao, J., Green, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=22.8%+efficient+silicon+solar+cell.">22.8% efficient silicon solar cell.</a> Applied Physics Letters. 55 (13), 1363-1365 (1989).</li><li>Dullweber, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PERC+:+industrial+PERC+solar+cells+with+rear+Al+grid+enabling+bifaciality+and+reduced+Al+paste+consumption.">PERC+: industrial PERC solar cells with rear Al grid enabling bifaciality and reduced Al paste consumption.</a> Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 24 (12), 1487-1498 (2016).</li><li>Ourinson, D., Emanuel, G., Lorenz, A., Clement, F., Glunz, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+burnout+phase+of+the+contact+firing+process+for+industrial+PERC.">Evaluation of the burnout phase of the contact firing process for industrial PERC.</a> AIP Conference Proceedings. 2147 (1), 040015 (2019).</li></ol>

일반적으로, 체조 온도는 물체의 광학 파라미터, 전관 창 및 경로, 및 물체및 형체윈도우2의환경 온도를 측정하고 적응하여 보정된다. 대체 방법으로, 열전대 측정을 기반으로 온도 보정 기술은 이 프로토콜에 설명된다. 후자의 방법에 대해 위에서 언급한 매개 변수에 대한 지식이 필요하지 않습니다. 여기에 표시된 응용 프로그램의 경우 이 메서드로 충분합니다. 그러나, 열전대...

컨베이어 벨트 용광로1에서 처리된 물체의 공정 제어 및 품질 보증은 물체의 표면 온도를 측정하여 중요하고 달성된다. 현재 온도는 일반적으로 열전대1로측정됩니다. 열전대 측정은 물체와의 접촉이 필요하므로 열전대는 필연적으로 물체를 손상시합니다. 따라서 온도 측정을 위해 배치의 대표 샘플을 선택하는 것이 일반적이며, 이는 손상되기 때문에 더 이상 처리되지 않습니다. 이러한 손상된 개체의 측정된 온도는 배치에서 나머지 샘플로 일반화되어 추가 처리됩니다. 따라서 열전대 측정을 위해 생산을 중단해야 합니다. 또한 접촉은 로컬이며, 각 측정 후 재조정해야 하며, 현지 온도에 영향을 미칩니다.
적외선(IR) 테르모그래피2는 고전적인 열전대 측정에 비해 여러 가지 장점을 가지며 비접촉식, 시상, 실시간 시간 절약 및 공간적으로 해결된 온도 측정 방법을 나타낸다. 이 방법을 사용하면 추가 처리된 일괄 처리를 포함한 배치의 각 샘플을 생산을 중단하지 않고 측정할 수 있습니다. 또한, 표면 온도 분포를 측정할 수 있으며, 이는 공정 중에 온도 균질성에 대한 통찰력을 제공한다. 실시간 기능을 통해 온-더 플라이어에서 온도 설정을 수정할 수 있습니다. 지금까지 컨베이어 벨트 용광로에서 IR 테르서모그래피를 사용하지 않는 가능한 이유는 1) 뜨거운 물체의 알 수 없는 광학 파라미터(특히 비금속3)및 2) 용광로에서기생환경 방사선(즉, 물체로부터 방출된 방사선 이외에 IR 카메라에 의해 검출된 반사 방사선)은 잘못된 온도 출력2로이어집니다.
여기서, 컨베이어 벨트 용광로에서 IR 테르서모그래피의 대표적인 개념 증명 예로서, 산업용 시 태양전지의 접촉 발사 과정에서 사용되는 IR 램프 구동 태양열로(도1)에인라인 서모그래피 시스템을 성공적으로설치하였다(그림2A,B)4,5. 발사 과정은 산업용 태양 전지 생산6의끝에서 중요한 단계입니다. 이 단계에서, 셀의 접점은7,8,8및 표면 패시션이활성화되어 9. 후자를 성공적으로 달성하려면 발사공정(도 2C)의시간 온도 프로파일을 정확하게 실현해야 합니다. 따라서 충분하고 효율적인 온도 제어가 필요합니다. 이 프로토콜은 IR 카메라를 컨베이어 벨트 로에 설치하고, 공장 보정 IR 카메라의 고객 보정을 수행하고, 대상 물체의 공간 표면 온도 분포를 평가하는 방법을 설명합니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:665px;" width="665">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Datalogger incl. Thermal barrier</td>
			<td style="width:121px;">Datapaq Ltd.</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">IR thermography camera &#34;Image IR 8300&#34;</td>
			<td style="width:121px;">InfraTec GmbH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">IR thermography software &#34;IRBIS Professional 3.1&#34;</td>
			<td style="width:121px;">InfraTec GmbH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Solar cells</td>
			<td style="width:121px;">Fraunhofer ISE</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Solar firing furnace &#34;RFS 250 Plus&#34;</td>
			<td style="width:121px;">Rehm Thermal Systems GmbH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sheath thermocouples type K</td>
			<td style="width:121px;">TMH GmbH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Thermocouple quartzframe</td>
			<td style="width:121px;">Heraeus Noblelight GmbH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ surface temperature measurement in a conveyor belt furnace via inline infrared thermography

컨베이어 벨트 용광로에서 처리되는 물체의 표면 온도를 측정하는 것은 공정 관리 및 품질 보증에 중요한 도구입니다. 현재 컨베이어 벨트 용광로에서 처리되는 물체의 표면 온도는 일반적으로 열전대를 통해 측정됩니다. 그러나 적외선(IR) 테르모그래피는 비접촉식, 실시간 및 공간적으로 해결된 방법이기 때문에 열전대 측정에 비해 여러 가지 장점을 제시한다. 여기서, 대표적인 개념 증명 예로서, 인라인 테르모그래피 시스템은 산업용 시 태양전지의 접촉 발사 공정에 사용되는 IR 램프 구동 태양열 로에 성공적으로 설치된다. 이 프로토콜은 IR 카메라를 컨베이어 벨트 용광로에 설치하고, 공장 보정 IR 카메라의 고객 보정을 수행하고, 대상 물체에 대한 공간 표면 온도 분포의 평가를 수행하는 방법을 설명합니다.

도 3B--D에도시된 바와 같이, 예제 개체(여기, 실리콘 태양전지; 엄밀히 말하면, 통과된 방출기 및 후방 셀 [PERC]12; 도 2A,B)IR 카메라에서 다른 구성4에서명확하게 검출할 수 있다. 상이한 구성은 단면 금속화(도3B),양면 금속화13 (도 3C)</stro...

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In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography

이 프로토콜은 적외선 카메라를 컨베이어 벨트 로에 설치하고, 공장 보정 IR 카메라의 고객 보정을 수행하고, 관심 있는 물체의 공간 표면 온도 분포를 평가하는 방법을 설명합니다. 예제 개체는 산업용 실리콘 태양전지입니다.

인라인 적외선 테르모그래피를 통한 컨베이어 벨트 용광로의 시투 표면 온도 측정

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. ...

인라인 로에서 처리되는 물체의 온도를 측정하는 것이 중요하기 때문에 열전대에서 고전적인 온도 측정에 대한 유망한 대안으로 인라인 서모그래피를 제시합니다. 열전대는 물체를 손상시키고, 온도를 로컬로 측정하며, 생산 중단이 필요합니다. 그러나 당사의 인라인 더서그래피 카메라는 비접촉식, 실시간 공간 적으로 해결된 방식으로 물체 온도를 측정합니다.우리는 실리콘 태양 전지의 접촉 발사를 위해 인라인 로를 사용합니다. 따라서, 우리는 이러한 장점을 조사하기 위해 우리의 용광로에 서모그래피 카메라 인라인을 설치했습니다. 관심 있는 온도 범위에 대한 관심 있는 물체의 파장 범위와 일치하는 감지 파장 범위가 있는 카메라를 선택합니다.용광로 챔버 외부에 카메라를 설치하려면 광학 경로가 있는 위치에서 용광로 벽을 제거하고 광학 경로에서 적외선 램프와 같은 방해 물체를 피하십시오. 카메라의 검출 파장 범위에 대해 가능한 한 투명하면서 용광로 챔버를 열로 격리하는 창으로 구멍을 닫습니다. 그런 다음 카메라가 움직이는 벨트에 시각적 개체가 있도록 카메라를 창문 위에 놓습니다.카메라의 검출 파장 범위에서 방사선을 방출하거나 반사하는 근처의 물체를 피함으로써 카메라의 기생 방사선 감지를 최대한 피하십시오. 그런 다음 적외선 카메라 소프트웨어를 통해 thermography 이미지를 검사하여 카메라의 결과 시야를 확인합니다. 실리콘 태양 전지에 대한 고객 온도 보정을 위해 먼저 태양 전지를 현지 광학 유물로 확인하십시오.온도 보정은 열전대를 기반으로 하여 열전대 유효성을 확인하고, 웨이퍼의 후면 알루미늄 측에 열전대를 장착하고, 표준 발사 공정에 대한 시간 온도 프로파일을 측정한다. 시간 온도 프로파일이 알루미늄 실리콘 연동 온도 577도에서 평평한 곡선의 형태로 중단을 표시하면 열전대는 교정가능성이 가장 높습니다. 태양 전지의 후면에 장착된 검증된 열전대로 써모커플 측정을 수행하고 적외선 카메라로 웨이퍼를 기록합니다.동일한 물체 지점에서 관심 온도 범위와 공간적으로 다양한 임의 물체 지점에서 다중 열전대 측정을 수행하여 통계적으로 유의한 시간 온도 프로파일을 얻습니다. 열전대 하에서 국소가 교정되지 않은 전지 온도를 결정하기 위해 열전대의 위치에서 국소 온도를 추출한다. 교정되지 않은 적외선 서모그래피를 통해 결정된 온도에 대해 열전대를 통해 측정된 온도를 기록하고, 교정되지 않은 서모그래피 이미지에 대한 일반적인 균일한 글로벌 보정 공식으로서 곡선 을 획득한다.그런 다음 이 곡선 맞춤 데이터를 사용하여 전 세계적으로 수정되지 않은 thermography 이미지를 수정합니다. 2차원 피크 온도 분포 맵을 만들려면 적절한 프로그래밍 언어로 스크립트를 작성하여 전체 카메라 시야를 따라 각 오브젝트의 표면 스팟에 대한 표면 온도를 추적하여 모든 웨이퍼 스팟에 동시에 배치된 가상 열전대 역할을 합니다. 그런 다음 각 지점에 대한 피크 온도 값을 추출하고 해당 2D 분포 맵에서 이러한 온도를 플롯합니다.처리량 방향으로 평균 온도 분포를 수행하기 위해 처리량 방향에 수직인 치수의 2D 온도 분포를 평균합니다. 처리량 방향에 수직으로 평균 온도 분포를 수행하기 위해 처리량 방향으로 치수의 2D 온도 분포를 평균합니다. 이 그림에서 설명한 바와 같이, 이 실리콘 태양전지의 보정 된 온도는 다른 구성에서 적외선 카메라에 의해 명확하게 감지 될 수있다.단면 금속화, 양면 금속화 및 비금속 특전 샘플. 이러한 분석에서, 관심의 온도 범위는 발사 공정의 전형적인 피크 온도 범위와 유사. 이 이미지에서 관찰된 바와 같이, 태양 전지의 후면에 접촉하는 열전대는 열 방출 및 차광으로 인해 자체적으로 온도 가을을 발생시킵니다.후자의 낙하는 열전대에 의해 접촉될 때 프레임에 위치되는 이 세포에 관해서는 열전대에 의해 측정된 온도에 비해 열전대없이 발사하는 동안 세포 온도를 추정하는 데 중요합니다. 벨트에 직접 배치하면 적외선 카메라를 통해 컨베이어 벨트에 의해 셀의 로컬 열 방출을 관찰할 수 있습니다. 이 이미지는 대표적인 2차원 공간 태양전지 피크 온도 분포를 나타내며, 수송 방향에 수직으로 추론된 평균 분포를 나타낸다.실리콘 태양전지의 접촉 발사를 위해 인라인 로를 사용함에 따라 혁신적인 더서모그래피 애플리케이션을 만들기 위해 적외선 카메라를 용광로에 설치했습니다. 발사 과정에서 공간적으로 해결된 피크 온도 분포를 확보하면 발사에 의해 현저히 영향을 받는 공간적으로 해결된 태양전지 파라미터에 대한 온도 분포 상관관계를 조사할 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation

In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation

의 현장 중간 적외선 supercontinuum의 생성을위한 칼 코게 나이드 광섬유 테이퍼

Supercontinuum  generation (SCG) in a tapered chalcogenide fiber is desirable for broadening mid-infrared  (or mid-IR, roughly the 2-20 &mu;m wavelength ...

연구

공학

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

나노 광학 컨베이어 벨트의 제작 및 운영

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

소설 재료의 저온 Magnetotransport 측정을위한 고급 실험 방법

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

원격 프로브를 사용하여 마이크 비정상 면압 측정

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

공기에서 유전체 미세 입자의 광학 트랩로드

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity

시간 해결 전자 전도도를 통해 박막 태양 광 재료의 재조합 역학

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

에 의한 나노 구조 산화 이트륨 안정화 지르코니아 (YSZ) 비계의 고온 제작<em&gt; 시츄</em&gt; 탄소 템플릿 생성 크 세로 겔

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

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Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

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크기 제어 폴 리 (에틸렌 글리콜) 빛 방울 장치를 통해 세미 3 차원 흐름 초점 미세의 세대

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This ...