CN102607712A - 使用于快速温度程序的温度感测系统 - Google Patents

Abstract

一种使用于快速温度程序的温度感测系统，包含有：一腔室，内部用以置放一该光伏组件中间产品；一承台，用以承接一光伏组件中间产品；至少一热源，设于该腔室内的上方，向下发出红外线来对该光伏组件中间产品上的光吸收层进行加热；以及至少一黑体测温器，设于该腔室内，且面对于该光伏组件中间产品的光吸收层，用以侦测该光伏组件中间产品的光吸收层的黑体辐射，进而得到该光吸收层表面的温度。借此可更为准确的测得该光吸收层的表面温度，进而提升制作的质量。

Description

使用于快速温度程序的温度感测系统

技术领域

本发明与光伏组件(photovoltaic devices)的制造技术有关，特别是指一种使用于快速温度程序的温度感测系统。

背景技术

现今的光伏组件，通常是在一玻璃基板或一弹性金属板(flexable metal foil)的上方设置一层钼层(Mo layer)，而于该钼层上进行光吸收层(例如CIGS(铜铟镓硒)层、CIS(铜铟硒)层)的制造，而在光吸收层制造时，必须将温度提高至摄氏500度以上，并且以溅镀、蒸镀、电镀或喷墨(ink-jet)的方式使之成形于该钼层上。

上述光吸收层的制造过程中，对于温度的提升方式，目前较主流的技术为RTP(Rapid Temperature Process)快速温度程序(下称RTP程序)，此种技术主要是在光伏组件的上方以热源对光伏组件的上表面进行加热。

在加热的过程中，对于玻璃基板的温度必须进行准确的测量，才能够正确的进行RTP程序。然而，在RTP程序中对于玻璃基板进行温度测量，是有其困难的，目前已知的温度测量方式，是以热电耦以及红外线高温计(pyrometer)来进行测量。

使用热电耦测量温度的方式，是属于接触式的，其主要是将热电耦置于待测物(即玻璃基板)表面才能进行温度测量。然而，热电耦置放的位置是受到限制的，其只能置于玻璃基板的边缘而无法置于玻璃基板的中间或制作光吸收层的区域，否则将会影响到光吸收层的制作。而仅置放于玻璃基板的边缘又只能侦测到边缘的温度，并不能侦测到玻璃基板的任意区域的温度，因此所测得的温度数据并不完整，RTP程序所控制的温度即无法正确，进而会影响光伏组件的制作质量。因此使用热电耦的测温技术并不是制作光伏组件时最佳的测温技术。

另外，使用红外线高温计的测温技术，虽然是属于非接触式的技术，但由于其主要是侦测待测物(即玻璃基板)所辐射出来的红外线，而在RTP程序中的加热组件对玻璃基板所发出的热源也含有大量的红外线，因此在侦测玻璃基板的红外线时，会大幅度的受到加热组件所发出的红外线所干扰，使得所测得的温度数据不准确，同样的会影响到光伏组件的制作质量。因此使用红外线高温计的测温技术并不是制作光伏组件时最佳的测温技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种使用于快速温度程序的温度感测系统，其可提供较公知技术更为准确的温度测量数据。

本发明的另一目的在于提供一种使用于快速温度程序的温度感测系统，其测得的温度数据准确，可进而提升光伏组件的制作质量。

为了达成前述目的，依据本发明所提供的一种使用于快速温度程序的温度感测系统，其中该快速温度程序用以对一光伏组件中间产品进行加热程序，该光伏组件中间产品具有一基板以及涂布于该基板的上表面且在成形中的至少一层光吸收层，该温度感测系统包含有：一腔室，内部用以置放一该光伏组件中间产品；一承台，用以承接该光伏组件中间产品；至少一热源，设于该腔室内的上方，向下发出红外线来对该光伏组件中间产品上的光吸收层进行加热；以及至少一黑体测温器，设于该腔室内，且面对于该光伏组件中间产品的光吸收层，用以侦测该光伏组件中间产品的光吸收层的黑体辐射，进而得到该光吸收层的温度。借此可更为准确的测得该光吸收层的表面温度，进而提升制作的质量。

附图说明

图1是本发明第一较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明一较佳实施例的电路方块图，显示基板温度感测电路、热源温度感测电路以及额外热源温度感测电路的电路结构。

图3是本发明第二较佳实施例的结构示意图。

图4是本发明第二较佳实施例的辐射信号变化图。

图5是本发明第三较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术特点，兹举以下较佳实施例并配合附图说明如后，其中：

如图1至图2所示，本发明第一较佳实施例所提供的一种使用于快速温度程序的温度感测系统10，主要由一腔室11、一承台21、一热源31以及一黑体测温器41所组成，其中：

该快速温度程序是用以对一光伏组件中间产品91进行加热程序，该光伏组件中间产品91在本实施例中具有一基板92以及涂布于该基板92上表面且在成形中的至少一层光吸收层94。在本实施例中，该基板92是以玻璃材质为例，但也可为弹性金属板，并不限定于玻璃材质。

该腔室11，内部用以置放一该光伏组件中间产品91。

该承台21，用以承接该光伏组件中间产品91。

该热源31，设于该腔室11内的上方，向下发出红外线来对该光伏组件中间产品91的光吸收层94进行加热。

该黑体测温器41，以可活动的方式设于该腔室11，且面对该光伏组件中间产品91的光吸收层94，用以侦测该光伏组件中间产品91的光吸收层94的黑体辐射，进而得到该光伏组件中间产品91的光吸收层94的温度。在本实施例中，该黑体测温器41具有一基板探头42以及一基板导管44以一端连接于该基板探头42，该基板导管44主要由光纤所构成，且可依需求伸入或退出该腔室11，本实施例说明当其伸入时，该基板探头42面对于该光伏组件中间产品91的光吸收层94，在该基板导管44的另一端具有一基板温度感测电路46，该基板温度感测电路46位于该腔室11外。该基板温度感测电路46如图2所示，具有一滤光片F、一光电二极管D、一放大电路AMP以及一滤波电路FT，其中该滤光片F连接于该基板导管44相对于该基板探头42的另一端，用以过滤特定区间波长的光，例如，其区间为某波长的±10％的区间。由于该放大电路AMP以及该滤波电路FT均为公知电路，其个别的电路结构以及作动方式容不赘述。该基板温度感测电路46借由该滤光片F进行光波的过滤，再由该光电二极管D来感测强度，并经过该放大电路AMP的放大以及该滤波电路FT的滤波功能，而得到一电子信号并加以输出。

接下来说明本第一实施例的操作状态。

如图1所示，在进行温度感测时，在该腔室11内将一该光伏组件中间产品91置于该承台21上，并在进行RTP程序的过程中，随时针对该光伏组件中间产品91进行温度的感测。由于该光伏组件中间产品91的光吸收层94会将照射于其上的热能吸收，因此该热源31对该光吸收层94所发出的热能几乎都被吸收而不会向外反射，该黑体测温器41对该光伏组件中间产品91进行感测时即几乎不会感测到由该光吸收层94所反射的热能，而几乎仅感测到该光吸收层94所发出的黑体辐射。借此可测得温度数据，进而使得RTP程序的温度控制得以正确，再进而可提升光伏组件的制作质量。由此可知，本发明对温度的测量较公知技术更为准确。

请再参阅图3，本发明第二较佳实施例所提供的一种使用于快速温度程序的温度感测系统50，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：

本第二实施例更包含有一热源测温器51，该热源测温器51具有一热源探头52以及一热源测温导管54以一端连接于该热源探头52，该热源测温导管54由光纤所构成，且可依需求伸入或退出该腔室11，本实施例说明当其伸入时，该热源探头52面对于该热源31。在该热源测温导管54的另一端具有一热源温度感测电路56，该热源温度感测电路56位于该腔室11外。该热源温度感测电路56具有一滤光片F、一光电二极管D、一放大电路AMP以及一滤波电路FT，其电路结构及作动方式与图2所示的该基板温度感测电路46相同，其中该滤光片F连接于该热源测温导管54相对于该热源探头52的另一端，用以过滤特定区间波长的光，例如，其区间为某波长的±10％的区间。由于该放大电路AMP以及该滤波电路FT均为公知电路，其个别的电路结构以及作动方式容不赘述。

在前揭第一实施例中，虽然该光伏组件中间产品91的光吸收层94能吸收掉大部分的热能而几乎没有反射，但实际上该光吸收层94仍会有极少量反射的热能，只是在第一实施例中是被忽略不计的。在本第二实施例中，该黑体测温器41所测得的温度，是包含了该光伏组件中间产品91的光吸收层94表面的热能以及该光吸收层94受到该热源31的照射后所反射的热能，再者，还再借由该热源测温器51测得该热源31的温度，此外，还要参考该光吸收层94的光反射率，即可得到该光吸收层94受到该热源31的照射后所反射热能的反射率。借此可将黑体测温器41所测得的温度扣掉该光吸收层94所反射的热能，即可更准确的得到该光伏组件中间产品91的光吸收层94表面的温度。

在计算时，可参阅图4所示的信号变化，其中I_L是该热源31的辐射信号，ΔI_L则是其交流的部分。I_W是该光吸收层94的反射辐射信号，ΔI_W则是其交流的部分。，由此可见，该光吸收层94的反射率ρ如下式(1)所示。

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{\Δ}{I}_W}{\mathrm{\Δ}{I}_L}$ 式(1)

由此可知，该光吸收层94本身的热辐射信号E_W即为式(2)所示：

$E_W=I_W-I_L\frac{\mathrm{\Δ}{I}_W}{\mathrm{\Δ}{I}_L}$ 式(2)

此外，黑体辐射由卜朗克(Planck)定律给出，即如式(3)所示：

$E_b(\mathrm{\λ},T)=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{hc}}^2}{{\mathrm{\λ}}^5(e^{\frac{\mathrm{hc}}{\mathrm{\λkT}}}-1)}$ 式(3)

其中h是卜朗克常数，k是波兹曼(Boltzmann)常数，c是光速，λ是波长。

因此，温度为T时，黑体总辐射力即由式(4)，即史蒂芬-波兹曼等式得出：

$E_b\left(T\right)={\∫}_0^{\∝}{E}_b(\mathrm{\λ},T)\mathrm{d\λ}=\mathrm{\σ}{T}^4$ 式(4)

其中σ为史蒂芬-波兹曼常数。

由上述各式，可计算出该光吸收层94的反射率，进而算出该光吸收层94所反射该热源31所照射的热能，最后得到该光吸收层94的真实黑体辐射值，进而求得该光吸收层94的真实温度。

本第二实施例的其余结构及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不赘述。

请再参阅图5，本发明第三较佳实施例所提供的一种使用于快速温度程序的温度感测系统60，主要概同于前揭第二实施例，不同之处在于：

本第三实施例除了如同第二实施例增加了该热源测温器51之外，还包含有一额外热源61以及一额外热源测温器71。

该额外热源61是由一额外热源导管62将热能导引而朝向该光伏组件中间产品91的光吸收层94，该额外热源导管62由光纤所构成，且可依需求伸入或退出该腔室11，本实施例说明当其伸入时，照射于该光吸收层94的局部，且该额外热源61由一交流电源64或直流脉冲电源(图中未示)所驱动，在本实施例中以交流电源64来举例，直流脉冲电源由于类似于该交流电源64故不赘述。

该额外热源测温器71具有一额外热源探头72以及一额外测温导管74以一端连接于该额外热源探头72，该额外测温导管74由光纤所构成，且可依需求伸入或退出该腔室11，本实施例说明当其伸入时，该额外热源探头72面对该额外热源61，借此该额外热源61所发出的热能除了照射于光吸收层94的局部外，也照射于该该额外热源探头72。在该额外测温导管74的另一端具有一额外热源温度感测电路76，该额外热源温度感测电路76位于该腔室11外。该额外热源温度感测电路76具有一滤光片F、一光电二极管D、一放大电路AMP以及一滤波电路FT，其电路结构及作动方式与图2所示的该基板温度感测电路46相同，其中该滤光片F连接于该额外测温导管74相对于该额外热源探头72的另一端，用以过滤特定区间波长的光，例如，其区间为某波长的±10％的区间。由于该放大电路AMP以及该滤波电路FT均为公知电路，其个别的电路结构以及作动方式容不赘述。

此外，该黑体测温器41面对于该额外热源61所照射的光吸收层94的局部的位置。

在本第三实施例中，该黑体测温器41所测得的温度，除了包含该光伏组件中间产品91的光吸收层94的热能以及该光吸收层94受到该热源31的照射后所反射的热能之外，还包含了该额外热源61照射于光吸收层94所反射的热能。而该热源测温器51测得该热源31的温度，该额外热源测温器71还测得该额外热源61的温度。再如前揭第二实施例所揭露的方式，参考该光吸收层94的光反射率，即可得到该光吸收层94反射热能的反射率。借此可将黑体测温器41所测得的温度扣掉该光吸收层94受到该热源31照射所反射的热能，以及扣掉该光吸收层94受到该额外热源61照射所反射的热能，即可更准确的得到该光伏组件中间产品91的光吸收层94的温度。

本第三实施例中，增设该额外热源61以及该额外热源测温器71的目的是在于：当该热源因为其制作方式或误差而呈现非周期性的变化时，则可能在利用上述式(4)计算该光吸收层94的反射率时会有无法计算的问题，因此在本第三实施例中加入以该交流电源64或直流脉冲电源所驱动的额外热源来进行辅助，以增加测量光吸收层94温度的正确性以及可靠性。

本第三实施例的其余结构及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不赘述。

由上可知，本发明所可达成的功效在于：可提供较公知技术更为准确的温度测量数据。借由本发明所提供的系统，可以解决公知技术中使用热电耦(接触式)或红外线高温计(非接触式)等技术所遭遇的问题，并提供更为准确的温度测量数据，进而可以提升光伏组件的制作质量。

Claims (8)

1.一种使用于快速温度程序的温度感测系统，其特征在于，该快速温度程序用以对一光伏组件中间产品进行加热程序，该光伏组件中间产品具有一基板以及设于该基板上且在成形中的至少一层光吸收层，该温度感测系统包含有：

一腔室，内部用以置放一该光伏组件中间产品；

一承台，用以承接该光伏组件中间产品；

至少一热源，设于该腔室内，发出红外线来对该光伏组件中间产品具有上述光吸收层的表面进行加热；以及

至少一黑体测温器(black body temperature sensor)，以可活动的方式设于该腔室，且面对于该光伏组件中间产品的光吸收层，用以侦测该光伏组件中间产品的光吸收层的黑体辐射，进而得到该光伏组件中间产品的光吸收层的温度。

2.根据专利权利要求1所述的使用于快速温度程序的温度感测系统，其特征在于：该黑体测温器具有一基板探头以及一基板导管以一端连接于该基板探头，该基板导管可依需求伸入或退出该腔室，当伸入时，该基板探头面对于该光伏组件中间产品的光吸收层；在该基板导管的另一端具有一基板温度感测电路，该基板温度感测电路位于该腔室外。

3.根据专利权利要求2所述的使用于快速温度程序的温度感测系统，其特征在于：该基板温度感测电路具有一滤光片、一光电二极管、一放大电路以及一滤波电路；其中该滤光片连接于该基板导管相对于该基板探头的另一端。

4.根据专利权利要求2所述的使用于快速温度程序的温度感测系统，其特征在于：还包含有一热源测温器，该热源测温器具有一热源探头以及一热源测温导管以一端连接于该热源探头，该热源测温导管可依需求伸入或退出该腔室，当伸入时，该热源探头面对于该热源；在该热源测温导管的另一端具有一热源温度感测电路，该热源温度感测电路位于该腔室外。

5.根据专利权利要求4所述的使用于快速温度程序的温度感测系统，其特征在于：该热源温度感测电路具有一滤光片、一光电二极管、一放大电路以及一滤波电路；其中该滤光片连接于该热源测温导管相对于该热源探头的另一端。

6.根据专利权利要求4所述的使用于快速温度程序的温度感测系统，其特征在于：还包含有一额外热源以及一额外热源测温器，该额外热源由一交流电源或直流脉冲电源所驱动，并借由一额外热源导管将热能导引而朝向该光伏组件中间产品的光吸收层，该额外热源导管可依需求伸入或退出该腔室，当伸入时，照射于该光吸收层的局部，且该黑体测温器面对此光吸收层的局部；该额外热源测温器具有一额外热源探头以及一额外测温导管以一端连接于该额外热源探头，该额外测温导管可依需求伸入或退出该腔室，当伸入时，该额外热源探头面对于该额外热源；在该额外测温导管的另一端具有一额外热源温度感测电路，该额外热源温度感测电路位于该腔室外。

7.根据专利权利要求6所述的使用于快速温度程序的温度感测系统，其特征在于：该额外热源温度感测电路具有一滤光片、一光电二极管、一放大电路以及一滤波电路；其中该滤光片连接于该额外测温导管相对于该额外热源探头的另一端。

8.根据专利权利要求2所述的使用于快速温度程序的温度感测系统，其特征在于：该基板导管、该热源测温导管、该额外热源导管以及该额外测温导管均为光纤所构成。

Images