Petite et rapide – caméra thermique 120 Hz pour l’industrie solaire

La surveillance des températures dans le procédé de soudage

Pendant le procédé de soudage appelé « string soldering », qui constitue une étape de la production des modules photovoltaïques, on surveille la distribution des températures sur les tranches (« wafers ») pour garantir un assemblage fiable et efficace. La température de soudage est prise sur la surface du silicium qui est adjacente au point de soudure. Cette valeur permet de tirer des conclusions directes quant à la qualité de l’homogénéité de la soudure.

Les défis à relever lors de la surveillance thermique des procédés de soudage sont, d’une part, d’obtenir une résolution locale suffisante, et d’autre part la résolution temporelle, vu que le réchauffage des points de soudure peut se faire en moins d’une seconde. La caméra IR optris PI160, proposant une résolution de 160x120 pixels au niveau du détecteur et une fréquence de répétition de 120 Hz sur toute l’image, est devenue l’instrument de choix pour cette application.

Les deux photos montrent, à titre d’exemple, un processus de soudage par induction dans la production de cellules photovoltaïques. Dans un premier temps, la cellule photovoltaïque entre dans le poste de soudage. Au-dessus se trouvent deux bandes métalliques, repérées par une flèche blanche dans l’illustration de gauche, auxquelles la cellule va être jointe par soudage. Ensuite, les éléments de chauffe par induction sont baissés sur le fil afin de le serrer contre la cellule photovoltaïque. Sous l’effet d’un champ inductif, le fil va chauffer et se joindre aux contacts métalliques de la cellule. Dans l’illustration de droite on voit très bien le flux de l’énergie thermique dans la cellule photovoltaïque. A ce niveau, il est crucial de ne pas dépasser une température de soudage critique dans le silicium, autrement le wafer risquera d’éclater sous l‘action des contraintes internes.

Le contrôle de fonctionnement des cellules photovoltaïques

La thermographie infrarouge sans contact est un outil indispensable dans le contrôle du bon fonctionnement des cellules photovoltaïques. Une possibilité pour valider le fonctionnement des cellules est l’éclairage périodique modulé avec observation simultanée par caméra thermique, procédé appelé « Illuminated Lock-In Thermography».

La séparation de charges générée par l’incidence de la lumière sur la cellule provoque des courants de fuite aux endroits défectueux. Ces courants entraînent un réchauffement local de la cellule que la caméra IR optris PI160 détecte sous forme de point chaud. L’illustration du haut est une représentation schématique de ce procédé. Une autre méthode d’inspection est la « Dark Lock-In Thermography ». Ici, la cellule photovoltaïque est raccordée à une source de tension qui va causer un rayonnement de chaleur. Grâce aux températures mesurées en surface par la caméra thermique on peut isoler les zones de qualité inférieure.

Les avantages principaux des caméras thermiques

Les applications décrites ci-devant mettent clairement en avant les bénéfices de la surveillance thermographique sans contact :

• La prise de température n’influence ni la cible ni le process.
• La prise de température est possible en cours de process, sur des cibles mobiles, difficilement accessibles ou très chaudes.
• La mesure se fait en temps réel, permettant ainsi de corriger la température du process.
• Le process est documenté par des vidéos et images thermiques pouvant être incorporées dans les audits de qualité.

Les caméras thermiques modernes se caractérisent par une compacité extrême avec des fréquences élevées pour le rafraîchissement des images (120 Hz). De ce fait, le procédé d’inspection établi s’intègre aisément dans la séquence de production, les périodes d’essais restant très courtes.