Name: in situ surface temperature measurement in a conveyor belt furnace via inline infrared thermography
Uploaded: 2020-05-30T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography at JoVE.com

Dette arbeidet støttes av det tyske føderale departementet for økonomiske saker i prosjektet "Feuerdrache" (0324205B). Forfatterne takker kollegene som bidro til dette arbeidet og prosjektpartnerne (InfraTec, Rehm Thermal Systems, Heraeus Noblelight, Trumpf Photonic Components) for co-finansiering og gir fremragende støtte.

1. Installasjon av IR-kamera i en transportbåndovn
<ol><li>Bestem hvilken del av ovnen som skal måles av IR-kameraet. MERK: Her velges toppsonen for avfyringsprosessen (se den oransje markerte sonen i avfyringsområdet i figur 1A).</li>
	<li>Definer temperaturområdet av interesse som IR-kameraet skal oppdage (f.eks. 700-900 °C, det typiske topptemperaturområdet for avfyringsprosessen).</li>
	<li>Bestem, eller i det minste estimere (gjennom eksperimenter eller litte...

<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>

Termografitemperaturen korrigeres vanligvis ved å måle og tilpasse objektets optiske parametere, transmissiv vindu og bane, og miljøtemperaturen til objektet og det transmissive vinduet2. Som en alternativ metode er en temperaturkorreksjonsteknikk basert på termoelementmålinger beskrevet i denne protokollen. For sistnevnte metode er kunnskap om parametrene nevnt ovenfor ikke nødvendig. For søknaden som vises her, er denne metoden tilstrekkelig. Det kan imidlertid ikke garanteres at termoele...

Prosesskontroll og kvalitetssikring av gjenstander behandlet itransportbåndovner 1 er viktig og oppnås ved å måle objekttemperaturens overflatetemperatur. For tiden måles temperaturen vanligvis ved et termoelement1. Etter hvert som termoelementmålinger krever kontakt med objektet, skader termoelementet uunngåelig objektet. Derfor er det vanlig å velge representative prøver av en batch for temperaturmålinger, som ikke behandles videre siden de blir skadet. De målte temperaturene til disse skadede objektene generaliseres deretter til de gjenværende prøvene fra batchen, som behandles videre. Koblet til at produksjonen avbrytes for termoelementmålinger. Videre er kontakten lokal, må justeres på nytt etter hver måling, og påvirker den lokale temperaturen.
Infrarød (IR) termografi2 har en rekke fordeler ved klassiske termoelementmålinger og representerer en kontaktløs, in-situ, sanntid, tidsbesparende og romlig løst temperaturmålingsmetode. Ved hjelp av denne metoden kan hvert utvalg av partiet, inkludert de som behandles videre, måles uten å avbryte produksjonen. I tillegg kan overflatetemperaturfordelingen måles, noe som gir innsikt i temperaturhomogenitet under prosessen. Sanntidsfunksjonen tillater korrigering av temperaturinnstillinger på farten. Så langt er de mulige årsakene til ikke å bruke IR-termografi i transportbåndovner 1) ukjente optiske parametere for varme gjenstander (spesielt for ikke-metaller3) og 2) parasittisk miljøstråling i ovnen (det vil si reflektert stråling oppdaget av IR-kameraet i tillegg til den avgitte strålingen fra objektet), noe som fører til falsktemperaturutgang 2.
Her, som et representativt konseptbeviseksempel på IR-termografi i en transportbåndovn, installerte vi et inline termografisystem i en IR-lampedrevet solavfyringsovn (figur 1), som brukes under kontaktavfyringsprosessen til industrielle Si-solceller (figur 2A, B)4,5. Avfyringsprosessen er et avgjørende skritt på slutten av industriell solcelleproduksjon6. I løpet av dette trinnet dannes kontaktene til cellen7,,8,og overflate passivisering aktiveres9. For å oppnå sistnevnte, må tidstemperaturprofilen under avfyringsprosessen (figur 2C) realiseres nøyaktig. Derfor er tilstrekkelig og effektiv temperaturkontroll nødvendig. Denne protokollen beskriver hvordan du installerer et IR-kamera i en transportbåndovn, utfører en kundekorreksjon av et fabrikkkalibrert IR-kamera og evaluerer den romlige overflatetemperaturfordelingen av et målobjekt.

<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

Måling av overflatetemperaturen til objekter som behandles i transportbåndovner er et viktig verktøy i prosesskontroll og kvalitetssikring. For tiden måles overflatetemperaturen til gjenstander som behandles i transportbåndovner vanligvis via termoelementer. Infrarød (IR) termografi gir imidlertid flere fordeler sammenlignet med termoelementmålinger, da det er en kontaktløs, sanntids og romlig løst metode. Her, som et representativt konseptbeviseksempel, er et inline termografisystem installert i en IR-lampedrevet solavfyringsovn, som brukes til kontaktavfyringsprosessen til industrielle Si-solceller. Denne protokollen beskriver hvordan du installerer et IR-kamera i en transportbåndovn, utfører en kundekorreksjon av et fabrikkkalibrert IR-kamera og utfører evalueringen av romlig overflatetemperaturfordeling på et målobjekt.

Som vist i figur 3B−D, eksempelobjektet (her, en silisium solcelle; strengt tatt, en passivisert emitter og bakre celle [PERC]12; Figur 2A,B) kan tydelig oppdages av IR-kameraet i forskjellige konfigurasjoner4. De ulike konfigurasjonene er monofacialt metallisert (figur 3B), bifacialt metallisert13 (figur ...

Watch this Scientific Journal Video about In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography at JoVE.com

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

Denne protokollen beskriver hvordan du installerer et infrarødt kamera i en transportbåndovn, utfører en kundekorreksjon av et fabrikkkalibrert IR-kamera og evaluerer den romlige overflatetemperaturfordelingen av et objekt av interesse. Eksempelobjektene er industrielle silisiumsolceller.

In Situ Overflate Temperatur Måling i en Transportbånd Ovn via Inline Infrarød Termografi

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

Siden det er avgjørende å måle temperaturen på objektene som behandles i inline ovner, presenterer vi her inline termografi som et lovende alternativ til klassiske temperaturmålinger av termoelement. Termoelement skader objektet, måler temperaturen lokalt og krever produksjonsavbrudd. Vårt inline termografikamera måler imidlertid objekttemperaturen på en kontaktløs, sanntids, romlig løst måte.Vi bruker inline ovner for kontakt avfyring av silisium solceller. Derfor installerte vi et termografikamera inline i ovnen vår for å undersøke disse fordelene. Velg et kamera med et bølgelengdeområde som samsvarer med bølgelengdeområdet for det høyeste utslippet av objektet av interesse for temperaturområdet av interesse så mye som mulig.For å installere kameraet utenfor ovnskammeret, fjern ovnsveggen og isolasjon på stedet der den optiske banen skal være plassert, unngå forstyrrende gjenstander, for eksempel infrarøde lamper, i den optiske banen. Lukk hullet med et vindu som isolerer ovnskammeret termisk, samtidig som det er så gjennomsiktig som mulig for kameraets bølgelengdeområde. Plasser deretter kameraet over vinduene slik at kameraet har et visualobjekt på det bevegelige beltet.Unngå så mye parasittisk strålingsdeteksjon av kameraet som mulig ved å unngå nærliggende objekter som avgir eller reflekterer stråling i kameraets bølgelengdeområde. Deretter undersøker du termografibildet via den infrarøde kameraprogramvaren for å sjekke det resulterende synsfeltet til kameraet. For en kundetemperaturkorreksjon for silisiumsolceller må du først kontrollere solcellen for lokale optiske gjenstander.Etter hvert som temperaturkorreksjonen er basert på termoelement, for å kontrollere termoelementets gyldighet, monter termoelementet på den bakre aluminiumssiden av waferen, og mål tidstemperaturprofilen for en standard avfyringsprosess. Hvis tidstemperaturprofilen viser en forstyrrelse i form av en flatere kurve ved aluminiumss silikon eutektisk temperatur på 577 grader Celsius, er termoelementet mest sannsynlig riktig kalibrert. Utfør termoelementmålinger med det validerte termoelementet montert på baksiden av solcellen, og registrer waferen med det infrarøde kameraet.Utvid flere termoelementmålinger i temperaturområdet av interesse på samme objektpunkt og på romlig forskjellige tilfeldige objektpunkter for å oppnå statistisk signifikante tidstemperaturprofiler. For å bestemme den lokale ukorrigerte termografisolcelletemperaturen under termoelementet, trekk ut den lokale temperaturen ved termoelementets posisjon. Logg de målte temperaturene via termoelement mot de bestemte temperaturene via ukorrigert infrarød termografi, og få en kurve passform som en generell ensartet global korreksjonsformel for det ukorrigerte termografibildet.Bruk deretter denne kurven tilpass data til å korrigere det ukorrigerte termografibildet globalt. Hvis du vil opprette et todimensjonalt distribusjonskart for peak temperatur, skriver du et skript på et passende programmeringsspråk for å spore overflatetemperaturen for hvert objekts overflatepunkt langs hele kamerafeltet for å fungere som et virtuelt termoelement plassert på alle wafer-punktene samtidig. Deretter trekker du ut topptemperaturverdien for hvert sted, og plotter disse temperaturene i et tilsvarende 2D-distribusjonskart.For å utføre en gjennomsnittlig temperaturfordeling i gjennomstrømningsretningen, gjennomsnittlige 2D temperaturfordeling i dimensjonen vinkelrett på gjennomstrømningsretningen. For å utføre en gjennomsnittlig temperaturfordeling vinkelrett på gjennomstrømningsretningen, gjennomsnittlige 2D temperaturfordeling i dimensjonen i gjennomstrømningsretningen. Som vist i dette tallet, kan den korrigerte temperaturen på denne silisiumsolcellen tydelig oppdages av det infrarøde kameraet i forskjellige konfigurasjoner.Monofacialt metallisert, bifacialt metallisert og ikke-metalliserte perk prøver. I disse analysene lignet temperaturområdet av interesse det typiske topptemperaturområdet til avfyringsprosessen. Som observert i dette bildet, forårsaker kontakttermoelementet på baksiden av solcellen et temperaturfall rundt seg selv, mest sannsynlig på grunn av varmespredning og skyggelegging.Sistnevnte fall er viktig for å estimere celletemperaturen under avfyring uten termoelement, sammenlignet med temperaturen målt av termoelementet, som for denne cellen plassert på en ramme når den kontaktes av et termoelement. Hvis det plasseres direkte på beltet, tillater det infrarøde kameraet observasjon av den lokale varmespredningen av cellene av transportbåndet. Dette bildet viser en representativ todimensjonal romlig temperaturfordeling av solceller, og den utlede gjennomsnittlige fordelingen i og vinkelrett på transportretningen.Når vi bruker innebygde ovner for kontaktavfyring av silisiumsolceller, installerte vi et infrarødt kamera i ovnen vår for å skape et innovativt termografiprogram. Å oppnå romlig løste topptemperaturfordelinger under avfyringsprosessen gjør det mulig å undersøke temperaturfordelingskorrelasjoner til de romlig løste solcelleparametrene som er betydelig påvirket av avfyringen.

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

In-situ Tapering av chalcogenide Fiber for Midt-infrarød Supercontinuum Generation

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

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

Fabrikasjon og drift av en Nano-Optical transportbånd

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

Avanserte Eksperimentelle metoder for lav temperatur Magnetotransport Måling av nye materialer

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

Målingen av Ustø overflatetrykk Bruke en ekstern mikrofon Probe

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

Optisk Trap Lasting av Dielektrisk Mikropartikler i luften

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

Rekombinasjon Dynamics i Thin-film Photovoltaic Materialer via Time-løst Mikrobølgeovn konduktivitet

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

Høy temperatur Fremstilling av nanostrukturert yttriumoksidstabilisert-zirkonia (YSZ) Stillas etter<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon templatmateriale xerogeler

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

Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel

Forberedelse og høy temperatur anti-vedheft virkemåten til en glatt overflate på rustfritt stål

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

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

Generasjon av størrelse-kontrollerte Poly (etylenglykol) Diacrylate dråper via Semi-3-dimensjonale Flow fokus Microfluidic enheter

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

Nær infrarød temperatur måling teknikk for rundt en induksjon-oppvarmet liten magnetisk sfære

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