TWM445261U - 使用於快速溫度程序之溫度感測系統 - Google Patents

Description

使用於快速溫度程序之溫度感測系統

本創作係與光伏元件(photovoltaic devices)的製造技術有關，特別是指一種使用於快速溫度程序之溫度感測系統。

現今的光伏元件，通常是在一玻璃基板或一彈性金屬板(flexable metal foil)的上方設置一層鉬層(Mo layer)，而於該鉬層上進行光吸收層(例如CIGS(銅銦鎵硒)層、CIS(銅銦硒)層)的製造，而在光吸收層製造時，必須將溫度提高至攝氏500度以上，並且以濺鍍、蒸鍍、電鍍或噴墨(ink-jet)的方式使之成形於該鉬層上。

上述光吸收層的製造過程中，對於溫度的提昇方式，目前較主流的技術為RTP(Rapid Temperature Process)快速溫度程序(下稱RTP程序)，此種技術主要是在光伏元件的上方以熱源對光伏元件的上表面進行加熱。

在加熱的過程中，對於玻璃基板的溫度必須進行準確的測量，才能夠正確的進行RTP程序。然而，在RTP程序中對於玻璃基板進行溫度測量，是有其困難的，目前已知的溫度測量方式，是以熱電耦以及紅外線高溫計(pyrometer)來進行測量。

使用熱電耦測量溫度的方式，是屬於接觸式的，其主要是將熱電耦置於待測物(即玻璃基板)表面才能進行溫度測量。然而，熱電耦置放的位置是受到限制的，其只能置於玻璃基板的邊緣而無法置於玻璃基板的中間或製作光吸收層的區域，否則 將會影響到光吸收層的製作。而僅置放於玻璃基板的邊緣又只能偵測到邊緣的溫度，並不能偵測到玻璃基板的任意區域的溫度，因此所測得的溫度數據並不完整，RTP程序所控制的溫度即無法正確，進而會影響光伏元件的製作品質。因此使用熱電耦的測溫技術並不是製作光伏元件時最佳的測溫技術。

另外，使用紅外線高溫計的測溫技術，雖然是屬於非接觸式的技術，但由於其主要是偵測待測物(即玻璃基板)所輻射出來的紅外線，而在RTP程序中的加熱元件對玻璃基板所發出之熱源也含有大量的紅外線，因此在偵測玻璃基板的紅外線時，會大幅度的受到加熱元件所發出的紅外線所干擾，使得所測得的溫度數據不準確，同樣的會影響到光伏元件的製作品質。因此使用紅外線高溫計的測溫技術並不是製作光伏元件時最佳的測溫技術。

本創作之主要目的在於提供一種使用於快速溫度程序之溫度感測系統，其可提供較習知技術更為準確的溫度測量數據。

本創作之次一目的在於提供一種使用於快速溫度程序之溫度感測系統，其測得的溫度數據準確，可進而提昇光伏元件的製作品質。

為了達成前述目的，依據本創作所提供之一種使用於快速溫度程序之溫度感測系統，其中該快速溫度程序係用以對一光伏元件中間產品進行加熱程序，該光伏元件中間產品具有一基 板以及塗佈於該基板的上表面且在成形中的至少一層光吸收層，該溫度感測系統包含有：一腔室，內部用以置放一該光伏元件中間產品；一承台，用以承接該光伏元件中間產品；至少一熱源，設於該腔室內的上方，係向下發出紅外線來對該光伏元件中間產品上的光吸收層進行加熱；以及至少一黑體測溫器，設於該腔室內，且面對於該光伏元件中間產品的光吸收層，用以偵測該光伏元件中間產品的光吸收層的黑體輻射，進而得到該光吸收層的溫度。藉此可更為準確的測得該光吸收層的表面溫度，進而提昇製作的品質。

為了詳細說明本創作之技術特點所在，茲舉以下之較佳實施例並配合圖式說明如後，其中：如第一圖至第二圖所示，本創作第一較佳實施例所提供之一種使用於快速溫度程序之溫度感測系統10，主要由一腔室11、一承台21、一熱源31以及一黑體測溫器41所組成，其中：該快速溫度程序係用以對一光伏元件中間產品91進行加熱程序，該光伏元件中間產品91於本實施例中係具有一基板92以及塗佈於該基板92上表面且在成形中的至少一層光吸收層94。於本實施例中，該基板92係以玻璃材質為例，但也可為彈性金屬板，並不限定於玻璃材質。

該腔室11，內部用以置放一該光伏元件中間產品91。

該承台21，用以承接該光伏元件中間產品91。

該熱源31，設於該腔室11內的上方，係向下發出紅外線 來對該光伏元件中間產品91的光吸收層94進行加熱。

該黑體測溫器41，以可活動的方式設於該腔室11，且面對該光伏元件中間產品91的光吸收層94，用以偵測該光伏元件中間產品91的光吸收層94的黑體輻射，進而得到該光伏元件中間產品91的光吸收層94的溫度。於本實施例中，該黑體測溫器41係具有一基板探頭42以及一基板導管44以一端連接於該基板探頭42，該基板導管44係主要由光纖所構成，且可依需求伸入或退出該腔室11，本實施例係說明於伸入時，該基板探頭42係面對於該光伏元件中間產品91的光吸收層94，於該基板導管44的另一端具有一基板溫度感測電路46，該基板溫度感測電路46係位於該腔室11外。該基板溫度感測電路46如第二圖所示，具有一濾光片F、一光電二極體D、一放大電路AMP以及一濾波電路FT，其中該濾光片F係連接於該基板導管44相對於該基板探頭42的另一端，用以過濾特定區間波長的光，例如，其區間係為某波長的±10%的區間。由於該放大電路AMP以及該濾波電路FT均為習知電路，其個別的電路結構以及作動方式容不贅述。該基板溫度感測電路46係藉由該濾光片F進行光波的過濾，再由該光電二極體D來感測強度，並經過該放大電路AMP的放大以及該濾波電路FT的濾波功能，而得到一電子信號並加以輸出。

接下來說明本第一實施例的操作狀態。

如第一圖所示，在進行溫度感測時，係於該腔室11內將一該光伏元件中間產品91置於該承台21上，並在進行RTP程序的過程中，隨時針對該光伏元件中間產品91進行溫度的 感測。由於該光伏元件中間產品91的光吸收層94會將照射於其上的熱能吸收，因此該熱源31對該光吸收層94所發出的熱能幾乎都被吸收而不會向外反射，該黑體測溫器41對該光伏元件中間產品91進行感測時即幾乎不會感測到由該光吸收層94所反射的熱能，而幾乎僅感測到該光吸收層94所發出的黑體輻射。藉此可測得溫度數據，進而使得RTP程序的溫度控制得以正確，再進而可提昇光伏元件的製作品質。由此可知，本創作對溫度的測量較習知技術更為準確。

請再參閱第三圖，本創作第二較佳實施例所提供之一種使用於快速溫度程序之溫度感測系統50，主要概同於前揭第一實施例，不同之處在於：本第二實施例更包含有一熱源測溫器51，該熱源測溫器51具有一熱源探頭52以及一熱源測溫導管54以一端連接於該熱源探頭52，該熱源測溫導管54係由光纖所構成，且可依需求伸入或退出該腔室11，本實施例係說明於伸入時，該熱源探頭52係面對於該熱源31。於該熱源測溫導管54的另一端具有一熱源溫度感測電路56，該熱源溫度感測電路56係位於該腔室11外。該熱源溫度感測電路56具有一濾光片F、一光電二極體D、一放大電路AMP以及一濾波電路FT，其電路結構及作動方式與第二圖所示之該基板溫度感測電路46相同，其中該濾光片F係連接於該熱源測溫導管54相對於該熱源探頭52的另一端，用以過濾特定區間波長的光，例如，其區間係為某波長的±10%的區間。由於該放大電路AMP以及該濾波電路FT均為習知電路，其個別的電路結構以及作動方式容不贅述。

在前揭第一實施例中，雖然該光伏元件中間產品91的光吸收層94能吸收掉大部分的熱能而幾乎沒有反射，但實際上該光吸收層94仍會有極少量反射的熱能，只是在第一實施例中是被忽略不計的。於本第二實施例中，該黑體測溫器41所測得的溫度，是包含了該光伏元件中間產品91的光吸收層94表面的熱能以及該光吸收層94受到該熱源31的照射後所反射的熱能，再者，還再藉由該熱源測溫器51係測得該熱源31的溫度，此外，還要參考該光吸收層94的光反射率，即可得到該光吸收層94受到該熱源31的照射後所反射熱能的反射率。藉此可將黑體測溫器41所測得的溫度扣掉該光吸收層94所反射的熱能，即可更準確的得到該光伏元件中間產品91的光吸收層94表面的溫度。

在計算時，可參閱第四圖所示之信號變化，其中I_L 是該熱源31的輻射信號，△I_L 則是其交流的部分。I_W 是該光吸收層94的反射輻射信號，△I_W 則是其交流的部分。，由此可見，該光吸收層94的反射率ρ係如下式(1)所示。

由此可知，該光吸收層94本身的熱輻射信號E_W 即為式(2)所示：

此外，黑體輻射係由卜朗克(Planck)定律給出，即如式(3)所示：

其中h是卜朗克常數，k是波茲曼(Boltzmann)常數，c是光速，λ是波長。

因此，溫度為T時，黑體總輻射力即由式(4)，即史蒂芬-波茲曼等式得出：

其中σ為史蒂芬-波茲曼常數。

藉由上述各式，可計算出該光吸收層94的反射率，進而算出該光吸收層94所反射該熱源31所照射的熱能，最後得到該光吸收層94的真實黑體輻射值，進而求得該光吸收層94的真實溫度。

本第二實施例之其餘結構及所能達成之功效均概同於前揭第一實施例，容不贅述。

請再參閱第五圖，本創作第三較佳實施例所提供之一種使用於快速溫度程序之溫度感測系統60，主要概同於前揭第二實施例，不同之處在於：本第三實施例除了如同第二實施例增加了該熱源測溫器 51之外，還更包含有一額外熱源61以及一額外熱源測溫器71。

該額外熱源61係藉由一額外熱源導管62將熱能導引而朝向該光伏元件中間產品91的光吸收層94，該額外熱源導管62係由光纖所構成，且可依需求伸入或退出該腔室11，本實施例係說明於伸入時，係照射於該光吸收層94的局部，且該額外熱源61係由一交流電源64或直流脈衝電源(圖中未示)所驅動，於本實施例中以交流電源64來舉例，直流脈衝電源由於類似於該交流電源64故不贅述。

該額外熱源測溫器71具有一額外熱源探頭72以及一額外測溫導管74以一端連接於該額外熱源探頭72，該額外測溫導管74係由光纖所構成，且可依需求伸入或退出該腔室11，本實施例係說明於伸入時，該額外熱源探頭72係面對該額外熱源61，藉此該額外熱源61所發出的熱能除了照射於光吸收層94之局部外，也照射於該該額外熱源探頭72。於該額外測溫導管74的另一端具有一額外熱源溫度感測電路76，該額外熱源溫度感測電路76係位於該腔室11外。該額外熱源溫度感測電路76具有一濾光片F、一光電二極體D、一放大電路AMP以及一濾波電路FT，其電路結構及作動方式與第二圖所示之該基板溫度感測電路46相同，其中該濾光片F係連接於該額外測溫導管74相對於該額外熱源探頭72的另一端，用以過濾特定區間波長的光，例如，其區間係為某波長的±10%的區間。由於該放大電路AMP以及該濾波電路FT均為習知電路，其個別的電路結構以及作動方式容不贅述。

此外，該黑體測溫器41係面對於該額外熱源61所照射的 光吸收層94的局部的位置。

於本第三實施例中，該黑體測溫器41所測得的溫度，除了包含該光伏元件中間產品91的光吸收層94的熱能以及該光吸收層94受到該熱源31的照射後所反射的熱能之外，還包含了該額外熱源61照射於光吸收層94所反射的熱能。而該熱源測溫器51係測得該熱源31的溫度，該額外熱源測溫器71還測得該額外熱源61的溫度。再如前揭第二實施例所揭露的方式，參考該光吸收層94的光反射率，即可得到該光吸收層94反射熱能的反射率。藉此可將黑體測溫器41所測得的溫度扣掉該光吸收層94受到該熱源31照射所反射的熱能，以及扣掉該光吸收層94受到該額外熱源61照射所反射的熱能，即可更準確的得到該光伏元件中間產品91的光吸收層94的溫度。

本第三實施例中，增設該額外熱源61以及該額外熱源測溫器71的目的是在於：當該熱源因為其製作方式或誤差而呈現非週期性的變化時，則可能在利用上述式(4)計算該光吸收層94的反射率時會有無法計算的問題，因此在本第三實施例中加入以該交流電源64或直流脈衝電源所驅動的額外熱源來進行輔助，以增加測量光吸收層94溫度的正確性以及可靠性。

本第三實施例之其餘結構及所能達成之功效均概同於前揭第一實施例，容不贅述。

由上可知，本創作所可達成之功效在於：可提供較習知技術更為準確的溫度測量數據。藉由本創作所提供之系統，可以解決習知技術中使用熱電耦(接觸式)或紅外線高溫計(非接觸式)等技術所遭遇的問題，並提供更為準確的溫度測量數據， 進而可以提昇光伏元件的製作品質。

10‧‧‧使用於快速溫度程序之溫度感測系統

11‧‧‧腔室

21‧‧‧承台

31‧‧‧熱源

41‧‧‧黑體測溫器

42‧‧‧基板探頭

44‧‧‧基板導管

46‧‧‧基板溫度感測電路

50‧‧‧使用於快速溫度程序之溫度感測系統

51‧‧‧熱源測溫器

52‧‧‧熱源探頭

54‧‧‧熱源測溫導管

56‧‧‧熱源溫度測測電路

60‧‧‧使用於快速溫度程序之溫度感測系統

61‧‧‧額外熱源

62‧‧‧額外熱源導管

64‧‧‧交流電源

71‧‧‧額外熱源測溫器

72‧‧‧額外熱源探頭

74‧‧‧額外測溫導管

76‧‧‧額外熱源溫度感測電路

91‧‧‧光伏元件中間產品

92‧‧‧基板

94‧‧‧光吸收層

AMP‧‧‧放大電路

D‧‧‧光電二極體

F‧‧‧濾光片

FT‧‧‧濾波電路

第一圖係本創作第一較佳實施例之架構示意圖。

第二圖係本創作一較佳實施例之電路方塊圖，顯示基板溫度感測電路、熱源溫度感測電路以及額外熱源溫度感測電路之電路結構。

第三圖係本創作第二較佳實施例之架構示意圖。

第四圖係本創作第二較佳實施例之輻射信號變化圖。

第五圖係本創作第三較佳實施例之架構示意圖。

10‧‧‧使用於快速溫度程序之溫度感測系統

11‧‧‧腔室

21‧‧‧承台

31‧‧‧熱源

41‧‧‧黑體測溫器

42‧‧‧基板探頭

44‧‧‧基板導管

46‧‧‧基板溫度感測電路

91‧‧‧光伏元件中間產品

92‧‧‧基板

94‧‧‧光吸收層

Claims (8)

1. 一種使用於快速溫度程序之溫度感測系統，其中該快速溫度程序係用以對一光伏元件中間產品進行加熱程序，該光伏元件中間產品具有一基板以及設於該基板上且在成形中的至少一層光吸收層，該溫度感測系統包含有：一腔室，內部用以置放一該光伏元件中間產品；一承台，用以承接該光伏元件中間產品；至少一熱源，設於該腔室內，係發出紅外線來對該光伏元件中間產品具有上述光吸收層的表面進行加熱；以及至少一黑體測溫器(black body temperature sensor)，以可活動的方式設於該腔室，且面對於該光伏元件中間產品的光吸收層，用以偵測該光伏元件中間產品的光吸收層的黑體輻射，進而得到該光伏元件中間產品的光吸收層的溫度。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之使用於快速溫度程序之溫度感測系統，其中：該黑體測溫器具有一基板探頭以及一基板導管以一端連接於該基板探頭，該基板導管可依需求伸入或退出該腔室，於伸入時，該基板探頭係面對於該光伏元件中間產品的光吸收層；於該基板導管的另一端具有一基板溫度感測電路，該基板溫度感測電路係位於該腔室外。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之使用於快速溫度程序之溫度感測系統，其中：該基板溫度感測電路具有一濾光片、一光電二極體、一放大電路以及一濾波電路；其中該濾光片係連接於該基板導管相對於該基板探頭的另一端。
4. 依據申請專利範圍第2項所述之使用於快速溫度程序之 溫度感測系統，其中：更包含有一熱源測溫器，該熱源測溫器具有一熱源探頭以及一熱源測溫導管以一端連接於該熱源探頭，該熱源測溫導管可依需求伸入或退出該腔室，於伸入時，該熱源探頭係面對於該熱源；於該熱源測溫導管的另一端具有一熱源溫度感測電路，該熱源溫度感測電路係位於該腔室外。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之使用於快速溫度程序之溫度感測系統，其中：該熱源溫度感測電路具有一濾光片、一光電二極體、一放大電路以及一濾波電路；其中該濾光片係連接於該熱源測溫導管相對於該熱源探頭的另一端。
6. 依據申請專利範圍第4項所述之使用於快速溫度程序之溫度感測系統，其中：更包含有一額外熱源以及一額外熱源測溫器，該額外熱源係由一交流電源或直流脈衝電源所驅動，並藉由一額外熱源導管將熱能導引而朝向該光伏元件中間產品的光吸收層，該額外熱源導管可依需求伸入或退出該腔室，於伸入時，係照射於該光吸收層的局部，且該黑體測溫器係面對此光吸收層的局部；該額外熱源測溫器具有一額外熱源探頭以及一額外測溫導管以一端連接於該額外熱源探頭，該額外測溫導管可依需求伸入或退出該腔室，於伸入時，該額外熱源探頭係面對於該額外熱源；於該額外測溫導管的另一端具有一額外熱源溫度感測電路，該額外熱源溫度感測電路係位於該腔室外。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之使用於快速溫度程序之溫度感測系統，其中：該額外熱源溫度感測電路具有一濾光片、一光電二極體、一放大電路以及一濾波電路；其中該濾光 片係連接於該額外測溫導管相對於該額外熱源探頭的另一端。
8. 依據申請專利範圍第2項所述之使用於快速溫度程序之溫度感測系統，其中：該基板導管、該熱源測溫導管、該額外熱源導管以及該額外測溫導管均為光纖所構成。