In Situ Misurazione della Temperatura della Superficie in un Forno a nastro Trasportatore tramite Termografia a infrarossi in linea

Questo protocollo descrive come installare una telecamera a infrarossi in un forno a nastro trasportatore, eseguire una correzione da parte del cliente di una telecamera a infrarossi calibrata in fabbrica e valutare la distribuzione della temperatura superficiale spaziale di un oggetto di interesse. Gli oggetti di esempio sono celle solari in silicio industriale.

Poiché è fondamentale misurare la temperatura degli oggetti lavorati nei forni in linea, qui presentiamo la termografia in linea come una promettente alternativa alle classiche misurazioni della temperatura da parte delle termocopia. Le termocopia danneggiano l'oggetto, misurano la temperatura localmente e richiedono un'interruzione della produzione. La nostra termografia in linea, tuttavia, misura la temperatura dell'oggetto in modo contactless, in tempo reale, risolto spazialmente.

Utilizziamo forni in linea per la cottura a contatto di celle solari al silicio. Pertanto, abbiamo installato una termografia in linea nel nostro forno per indagare questi vantaggi. Selezionare una fotocamera con un intervallo di lunghezze d'onda di rilevamento che corrisponda il più possibile all'intervallo di lunghezza d'onda dell'emissione più alta dell'oggetto di interesse nell'intervallo di temperatura di interesse.

Per installare la telecamera all'esterno della camera del forno, rimuovere la parete del forno e l'isolamento nel punto in cui deve trovarsi il percorso ottico, evitando oggetti inquietanti, come le lampade a infrarossi, nel percorso ottico. Chiudere il foro con una finestra che isola termicamente la camera del forno pur essendo il più trasparente possibile per l'intervallo di lunghezze d'onda di rilevamento della fotocamera. Quindi, posizionare la fotocamera sopra le finestre in modo che la fotocamera abbia un'immagine sulla cintura mobile.

Evita il maggior numero possibile di rilevamenti di radiazioni parassitari da parte della fotocamera evitando oggetti vicini che emettono o riflettono radiazioni nell'intervallo di lunghezze d'onda di rilevamento della fotocamera. Quindi, esaminare l'immagine della termografia tramite il software della fotocamera a infrarossi per controllare il campo visivo risultante della fotocamera. Per una correzione della temperatura del cliente per le celle solari in silicio, controllare prima la cella solare alla ricerca di artefatti ottici locali.

Poiché la correzione della temperatura si basa sulle termocopia, per verificare la validità della termocopia, montare la termocopia sul lato posteriore in alluminio del wafer e misurare il profilo della temperatura temporale per un processo di cottura standard. Se il profilo della temperatura temporale mostra un'interruzione sotto forma di una curva più piatta alla temperatura eutettica del silicio di alluminio di 577 gradi Celsius, la termocopia è molto probabilmente calibrata correttamente. Effettuare misurazioni della termocopia con la termoscopia convalidata montata sul lato posteriore della cella solare e registrare il wafer con la termocamera.

Effettuare misurazioni multiple della termocopia nell'intervallo di temperatura di interesse nello stesso punto oggetto e in vari punti di oggetti casuali spaziali per ottenere profili di temperatura del tempo statisticamente significativi. Per determinare la temperatura locale delle celle solari termografiche non corretta sotto la termocopia, estrarre la temperatura locale nella posizione della termocopia. Registrare le temperature misurate tramite termocopia rispetto alle temperature determinate tramite termografia infrarossa non corretta e ottenere una curva adatta come formula di correzione globale uniforme generale per l'immagine termografica non corretta.

Quindi utilizzare questi dati di adattamento della curva per correggere l'immagine termografica non corretta a livello globale. Per creare una mappa di distribuzione della temperatura di picco bidimensionale, scrivete uno script in un linguaggio di programmazione appropriato per tenere traccia della temperatura superficiale per il punto di superficie di ogni oggetto lungo l'intero campo visivo della telecamera per agire come una termocopia virtuale posizionata in tutti i punti del wafer contemporaneamente. Quindi, estrarre il valore di temperatura di picco per ogni punto e tracciare queste temperature in una mappa di distribuzione 2D corrispondente.

Per eseguire una distribuzione media della temperatura nella direzione della velocità effettiva, mediare la distribuzione della temperatura 2D nella dimensione perpendicolare alla direzione di velocità effettiva. Per eseguire una distribuzione media della temperatura perpendicolare alla direzione della velocità effettiva, in media la distribuzione della temperatura 2D nella dimensione nella direzione della velocità effettiva. Come dimostrato in questa figura, la temperatura corretta di questa cella solare in silicio può essere chiaramente rilevata dalla termocamera in diverse configurazioni.

Campioni di vantaggi monofattialmente metallizzati, metallizzati bifattialmente e non metallizzati. In queste analisi, l'intervallo di temperatura di interesse assomigliava al tipico intervallo di temperatura di picco del processo di cottura. Come osservato in questa immagine, la termoscopia a contatto sul lato posteriore della cella solare provoca un calo di temperatura intorno a sé, molto probabilmente a causa della dissipazione del calore e dell'ombreggiatura.

Quest'ultima goccia è importante per stimare la temperatura cellulare durante la cottura senza termocopia, rispetto alla temperatura misurata dalla termocopia, come per questa cella posizionata su un telaio quando contattata da una termocopia. Se posizionata direttamente sul nastro, la termocamera consente l'osservazione della dissipazione del calore locale delle celle da parte del nastro trasportatore. Questa immagine mostra una distribuzione rappresentativa della temperatura di picco della cella solare spaziale bidimensionale, e la distribuzione media dedotta in e perpendicolare alla direzione di trasporto.

Quando utilizziamo forni in linea per la cottura a contatto di celle solari di silicio, abbiamo installato una termocamera nel nostro forno per creare un'innovativa applicazione termografica. Ottenere distribuzioni di temperatura di picco risolte spazialmente durante il processo di cottura consente lo studio delle correlazioni di distribuzione della temperatura con i parametri delle celle solari risolti spazialmente che sono significativamente influenzati dalla cottura.