JPWO2013180185A1

JPWO2013180185A1 - 高反射鏡

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Publication number: JPWO2013180185A1
Application number: JP2014518706A
Authority: JP
Inventors: 奈緒子岡田; 信孝青峰
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2016-01-21
Also published as: WO2013180185A1

Abstract

ガラス基板上に、複数の層を積層して構成された高反射鏡であって、前記ガラス基板は、第１の表面を有し、酸化ナトリウム含有量が４重量％以下のガラスで構成され、前記ガラス基板の第１の表面には、第１〜第５の層がこの順に積層され、前記第１の層は、２００Å以上の厚さを有し、金属窒化物、金属酸化物、および金属酸窒化物からなる群から選定された少なくとも一つを含み、前記第２の層は、銀または銀合金を含み、前記第３の層は、酸化亜鉛を含み、前記第４の層は、波長４００〜１５００ｎｍにおいて屈折率１．５５以下、消衰係数０．００１以下の光学定数を有し、酸化ケイ素を含み、前記第５の層は、波長４００〜１５００ｎｍにおいて屈折率１．７以上、消衰係数０．０１以下の光学定数を有し、所定の化合物を含むことを特徴とする高反射鏡。

Description

本発明は、高反射鏡に関する。

所定の波長域の光に対して高い反射率を有する高反射鏡は、従来より、様々な分野で使用されている。

例えば、特許文献１には、プロジェクションテレビ等に適用することが可能な、可視光領域において高い反射率を有する高反射鏡が開示されている。

また、特許文献２には、４００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長域において高い反射率が得られる、太陽熱発電装置の二次ミラ−用の高反射鏡が開示されている。

また、特許文献３には、窒化膜を使用した、耐湿性等の耐久性に優れる反射鏡が開示されている。

特許第４４２８１５２号明細書特開２０１０−５５０５８号公報国際公開第２００７−００７５７０号

近年、太陽光を集光することにより得られる熱エネルギーを利用して発電を行う、太陽熱発電システムが注目されている。太陽熱発電システムの種類としては、リニアフレネル型およびタワー型など、各種形態が存在する。

このうち、一次ミラーおよび二次ミラーを備えるタイプの太陽熱発電システム（リニアフレネル型およびタワー型のシステムは、いずれもこのタイプである）では、まず、太陽光は、一次ミラーに照射され、ここで反射される。次に、この反射された太陽光は、二次ミラーに照射され、ここで再度反射され、蓄熱部材に集光される。これにより、蓄熱部材において、太陽光エネルギーが熱エネルギーとして蓄積される。従って、この熱エネルギーを利用して、高温高圧蒸気を発生させることにより、発電を行うことができる。

以上の動作原理から明らかなように、上記のタイプの太陽熱発電システムにおいて、一次ミラーおよび二次ミラーの太陽光の波長における反射率は、システムの効率を左右する極めて重要な特性となる。

さらに、二次ミラーは、太陽熱エネルギーを蓄積する蓄熱部材の近傍に配置されるため、二次ミラーには耐熱性も要求される。

前述の特許文献２に記載の太陽熱発電システムの二次ミラ−用の高反射鏡は、太陽光の波長域において高い反射率を得るため、ガラス基板の第１の側に、高屈折率層と低屈折率層の交互繰り返し層を、例えば合計７０〜９０層となるように設置するとともに、ガラス基板の第２の側にも、高屈折率層と低屈折率層の交互繰り返し層を、例えば合計７０〜９０層となるように設置することにより構成される。

しかしながら、このような高反射鏡は、層数が多く、構成が複雑すぎる上、製造コストが高くなるという問題がある。

従って、より簡単な構成を有する太陽熱発電装置の二次ミラ−用の高反射鏡に対するニーズがある。

一方、前述の特許文献１に記載の高反射鏡は、比較的層数は少ないものの（５層構造）、曲面形状に適用することは難しいという問題がある。すなわち、特許文献１に記載の高反射鏡は、平面形状の部材に対する適用を想定しているため、特許文献１に記載の高反射鏡の構成を、太陽熱発電装置の二次ミラ−のような曲面形状に適用しようとした場合、均一な層を形成することができないという問題が生じ得る。

また、前述の特許文献３に記載の反射鏡は、耐湿性等の耐久性は良いものの、銀膜の下地膜の膜厚が薄く、耐熱性に対する耐久性には問題がある。また、この反射鏡は、フィルム基板上の反射鏡であり、ガラス基板に適用されたものではない。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、３００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長域において高い反射率を有し、耐熱性を有するとともに、曲面形状にも適用することが可能な、高反射鏡を提供することを目的とする。

本発明では、ガラス基板上に、複数の層を積層することにより構成された高反射鏡であって、
前記ガラス基板は、第１の表面を有し、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）含有量が４重量％以下のガラスで構成され、
前記ガラス基板の第１の表面には、第１の層、第２の層、第３の層、第４の層、第５の層がこの順に積層され、
前記第１の層は、２００Å以上の厚さを有し、金属窒化物、金属酸化物、および金属酸窒化物からなる群から選定された少なくとも一つを含み、
前記第２の層は、銀または銀合金を含み、
前記第３の層は、酸化亜鉛を含み、
前記第４の層は、波長４００〜１５００ｎｍにおいて、屈折率１．５５以下、消衰係数０．００１以下の光学定数を有し、酸化ケイ素を含み、
前記第５の層は、波長４００〜１５００ｎｍにおいて、屈折率１．７以上、消衰係数０．０１以下の光学定数を有し、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、酸窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化亜鉛、酸化スズ、および酸化ハフニウムからなる群から選定された少なくとも一つを含むことを特徴とする高反射鏡が提供される。

ここで、本発明による高反射鏡において、前記第１の層は、第１の金属種を含む酸化亜鉛で構成され、前記第１の金属種は、チタン、アルミニウム、スズおよびガリウムからなる群から選定された少なくとも一つであっても良い。

また、本発明による高反射鏡において、前記第３の層は、第２の金属種を含む酸化亜鉛で構成され、前記第２の金属種は、チタン、アルミニウム、スズおよびガリウムからなる群から選定された少なくとも一つであっても良い。

また、本発明による高反射鏡において、前記第２の層は、１０００Å〜３０００Åの厚さを有しても良い。

また、本発明による高反射鏡において、前記第３の層は、１０Å〜１００Åの厚さを有しても良い。

また、本発明による高反射鏡において、前記第４の層は、３００Å〜１５００Åの厚さを有しても良い。

また、本発明による高反射鏡において、前記第５の層は、３００Å〜１５００Åの厚さを有しても良い。

さらに、本発明では、太陽熱発電システム用の二次ミラーであって、前述のような特徴を有する高反射鏡を有する二次ミラーが提供される。

本発明では、３００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長域において高い反射率を有し、耐熱性を有するとともに、曲面形状にも適用することが可能な、高反射鏡を提供することができる。

本発明による高反射鏡の一例の概略的な断面図を示した図である。各高反射鏡サンプルにおける熱処理前後の反射率（日射エネルギー反射率Ｒｅ）を示したグラフである。各高反射鏡サンプルにおける熱処理前後の反射率（日射エネルギー反射率Ｒｅ）を示したグラフである。

以下、図面を参照して、本発明について詳しく説明する。

図１には、本発明による高反射鏡の一例の概略的な断面図を示す。

図１に示すように、本発明による高反射鏡１００は、ガラス基板１１０の上部に、複数の層を積層することにより構成される。

より具体的には、ガラス基板１１０は、第１の表面１１５を有し、この第１の表面１１５には、第１の層１２０、第２の層１３０、第３の層１４０、第４の層１５０、第５の層１６０の５層が、順次積層される。

第１の層１２０は、ガラス基板１１０と第２の層１３０の間の密着性を改善する役割、および酸素および／またはアルカリ成分のガラス基板から銀膜への拡散を防止する役割を有する。

第２の層１３０は、銀を含み、太陽光の波長域の光を有効に反射させる役割を有する。

第３の層１４０は、第２の層１３０と第４の層１５０の間の密着性を改善する役割、および第４層の成膜の際に、雰囲気中の酸素が銀膜に拡散することを抑制する役割を有する。

第４の層１５０は、第５の層１６０に比べて屈折率が低い、低屈折率膜として提供される。

第５の層１６０は、第４の層１５０に比べて屈折率が高い、高屈折率膜として提供される。屈折率が低い第４の層１５０の上に屈折率が高い第５の層１６０を積層することにより、高反射鏡１００全体としての反射率を高めることができる。

ここで、通常の高反射鏡では、高温環境に晒された場合、ガラス基板に含まれるナトリウムが銀を含む層の方に拡散し、これにより銀を含む層が劣化し、反射率が低下する場合がある。

これに対して、本発明による高反射鏡１００は、ガラス基板１１０におけるナトリウム含有量が４重量％以下に抑制されているという特徴を有する。また、本発明による高反射鏡１００は、第１の層１２０が２００Å以上の厚さを有するという特徴を有する。

すなわち、本発明による高反射鏡１００では、ガラス基板１１０におけるナトリウム含有量自身が、有意に少なくなっている。また、密着性改善層として機能する第１の層１２０は、２００Å以上の比較的厚い層で形成されるため、ガラス基板１１０のナトリウムイオンの拡散バリアとしても機能することができる。

このような特徴により、本発明による高反射鏡１００は、比較的高い温度（例えば、３００℃〜３５０℃）に晒されても、ガラス基板１１０側から、銀を含む第２の層へのナトリウムの拡散を有意に抑制することができる。このため、本発明による高反射鏡１００は、高い耐熱性を発揮することができる。

また、本発明による高反射鏡１００は、最も単純な構成の場合、ガラス基板１１０の一方の表面（第１の表面１１５）に、わずか５層の積層膜を形成することにより構成される。従って、特許文献２の高反射鏡のように、ガラス基板の両面のそれぞれに、７０〜９０もの層を積層する必要がなくなり、比較的単純で、低コストな構成の高反射鏡を得ることができる。

さらに、本発明による高反射鏡１００において、第１の層１２０は、２００Å（２０ｎｍ）以上の厚さを有する。このような比較的厚い層は、比較的薄い下地層を有する特許文献１に記載の高反射鏡とは異なり、曲面状の表面に対しても、均一に形成することができる。このため、本発明による高反射鏡１００は、曲面形状の形態でも、適正に提供することができる。

次に、本発明による高反射鏡１００を構成する各部分について、詳しく説明する。

（ガラス基板１１０）
ガラス基板１００は、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）含有量が４重量％以下のガラスで構成される限り、その種類は、特に限られない。

ガラス基板１００は、例えば、無アルカリ金属ガラス、ＡＮ１００等であっても良い。

ガラス基板１００の厚さは、特に限られないが、高反射鏡の強度や使いやすさの点から、例えば０．５ｍｍ〜８．０ｍｍの範囲であっても良い。

ガラス基板１１０の形状は、特に限定されない。ガラス基板１１０は、平面上であっても、曲面状であっても良い。

（第１の層１２０）
第１の層１２０は、前述のように、ガラス基板１１０と第２の層１３０との間の密着性を向上させる役割を有する。

第１の層１２０は、金属窒化物、金属酸化物、および金属酸窒化物からなる群から選定された少なくとも一つで構成される。

第１の層は、２００Å以上の厚さを有する。第１の層の厚さの上限は、特に限られない。第１の層１２０は、単層であっても、複数層で構成されても良い。

（第２の層１３０）
第２の層１３０は、前述のように、銀を含む層である。第２の層１３０に銀を含有させることで、太陽光の波長域（３００ｎｍ〜２５００ｎｍ）における光の反射率を高め、入射角による反射率の依存性を低減させることができる。

第２の層１３０は、銀と金の合金であっても良く、パラジウムとの合金であっても良い。この場合、合金中の金およびパラジウムの含有量は、０．５％〜５質量％の範囲であっても良い。

第２の層１３０は、１０００Å〜３０００Åの範囲の厚さを有しても良い。

（第３の層１４０）
第３の層１４０は、前述のように、第２の層１３０と第４の層１５０の間の密着性を向上させる役割を有する。

第３の層１４０は、第２の金属種を含む酸化亜鉛で構成されても良い。ここで、第２の金属種は、チタン、アルミニウム、スズおよびガリウムからなる群から選定された少なくとも一つである。第２の金属種を含有することにより、第２の層１３０と第４の層１５０の間の密着性をいっそう改善できる。第３の層１４０は、単層であっても、複数層で構成されても良い。

第３の層１４０は、１０Å〜１００Åの範囲の厚さを有しても良い。

（第４の層１５０）
第４の層１５０は、第５の層１６０に比べて、屈折率の低い材料で構成される。例えば、第４の層１５０は、波長５５０ｎｍにおいて屈折率１．５５以下、消衰係数０．００１以下の光学定数を有しても良い。また、例えば、第４の層１５０は、酸化ケイ素で構成されても良い。また、酸化ケイ素と酸化アルミニウムを含む複合酸化物からなるものでも良い。

第４の層１５０は、３００Å〜１５００Åの範囲の膜厚を有しても良い。

（第５の層１６０）
第５の層１６０は、第４の層１５０に比べて、屈折率の高い材料で構成される。例えば、第５の層１６０は、屈折率１．７以上、消衰係数０．０１以下の光学定数を有する。第５の層１６０は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、酸窒化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、および／または酸化スズで構成されても良い。また、第５の層１６０は、複合酸窒化物であっても良い。

第５の層１６０は、３００Å〜１５００Åの範囲の厚さを有しても良い。

第５の層１６０は、単層であっても、複数層で構成されても良い。

なお、図１の例では、高反射鏡１００は、第４の層１５０および第５の層１６０の組み合わせを、１回だけ有する。ただし、これは、一例であって、高反射鏡１００は、第４の層１５０および第５の層１６０の組み合わせを、複数回有しても良い。すなわち、第４の層１５０および第５の層１６０の組み合わせの上に、任意の回数で、第４の層および第５の層の組み合わせを配置しても良い。第４の層１５０および第５の層１６０の組み合わせを、複数回繰り返すことにより、さらに反射率を向上させた高反射鏡を形成することができる。

（本発明による高反射鏡１００の製造方法について）
図１に示したような本発明による高反射鏡１００は、例えば、ガラス基板に対して、金属ターゲットおよび金属酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法を適用することにより、製造することができる。

以下、本発明による高反射鏡１００の製造方法の一例について説明する。

本発明による高反射鏡１００をスパッタリング法により製造する際には、まず、ガラス基板１１０が準備される。

次に、このガラス基板１１０上に、第１の層１１０を、酸化物ターゲットまたは金属ターゲット（酸化または金属亜鉛等）を用いたスパッタリング法により形成する。

次に、第１の層１１０の上に、銀または銀合金のターゲットを用いたスパッタリング法により、第２の層を形成する。

次に、第２の層上に、亜鉛酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により、第３の層を形成する。なお、この際には、第２の層の酸化を抑制するため、酸素等の酸化性ガスが存在しない雰囲気で成膜を行うことが好ましい。第３の層を形成する場合、スパッタガス中の酸化性ガスの含有量は、１０体積％以下であることが好ましい。

次に、第３の層上に、ボロンをドーピングした金属シリコンターゲットを用いた反応性スパッタリング法により、第４の層を形成する。

次に、第４の層上に、酸化物ターゲットまたは金属ターゲット（酸化または金属チタン、酸化または金属ニオブ等）を用いた反応性スパッタリング法により、第５の層を形成する。

スパッタリング法としては、交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）スパッタリング法を用いることができる。ＤＣスパッタリング法は、パルスＤＣスパッタリング法を含む。ＡＣスパッタリング法またはパルスＤＣスパッタリング法は、異常放電の防止の点で有効である。また、緻密な膜を形成できる点では、ＡＣまたはＤＣ反応性スパッタリング法が有効である。また、蒸着法と比較して、スパッタリング法は大面積の基板に成膜でき、かつ膜厚の分布の偏差が小さい点で優れている。

これにより、図１に示したような本発明による高反射鏡１００を製造することができる。

本発明による高反射鏡１００は、例えば、太陽熱発電システムの二次ミラーとして適用することができる。

一般に、リニアフレネル型またはタワー型等の太陽熱発電システムは、一次ミラーおよび二次ミラーを備え、これらのミラーに照射される太陽光を集光することにより得られる熱エネルギーを利用して、高温高圧蒸気を発生させ、この蒸気により発電を行う。ここで、二次ミラーは、太陽熱発電システムの熱発生部分の近傍に配置されるため、二次ミラーには、太陽光の波長域（３００ｎｍ〜２５００ｎｍ）における高い反射特性の他、耐熱性も要求される。

本発明による高反射鏡１００は、太陽光の波長域（３００ｎｍ〜２５００ｎｍ）において高い反射率を有する上、比較的良好な耐熱性を有するという特徴を有する。従って、本発明による高反射鏡１００は、太陽熱発電システムの二次ミラーに、有意に適用することができる。

また、本発明による高反射鏡１００は、比較的少ない層数で構成することができ、比較的単純な構造を有する。従って、本発明による高反射鏡１００で構成された太陽熱発電システムの二次ミラーは、比較的単純な構成となり、比較的安価に製造することが可能となる。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
真空槽内に清浄化したガラス基板を設置し、以下に示す方法で各膜を順次成膜することにより、高反射鏡サンプルを作製した。

ガラス基板には、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラスを使用した。このガラス基板中のナトリウム含有量は、ほぼ０である。

ターゲットとして、以下の５種類のターゲット（ターゲット１〜５）を準備した：
（ターゲット１）酸化ガリウムを添加した酸化亜鉛ターゲット（酸化ガリウムの含有率５．７質量％、酸化亜鉛の含有率９４．３質量％）、
（ターゲット２）金を添加した銀合金ターゲット（金の含有率２質量％、銀の含有率９８質量％）、
（ターゲット３）金属シリコンターゲット（ボロンドープの多結晶ターゲット、シリコンの含有率９９．９９９質量％）、
（ターゲット４）酸化チタンターゲット（酸化チタンの含有率９９．９質量％）。

ターゲット１〜４における表面のサイズは、それぞれ１７７．８ｍｍ×３８１ｍｍであった。

これらのターゲット１〜４を、それぞれ、ガラス基板の対向位置に設置し、真空槽内を２×１０^−３Ｐａまで排気し、以下の成膜を行った。

（ステップ１：酸化亜鉛膜の形成）
ターゲット１を用いて、ＤＣスパッタリング法により、ガラス基板上にガリウムドープ酸化亜鉛膜を成膜した。スパッタリングガスには、アルゴンガス（流速４００ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、０．２５ｋＷとした。

得られたガリウムドープ酸化亜鉛膜の厚さは、２００Åであった。ガリウムドープ酸化亜鉛膜の組成は、ターゲット１とほぼ同等であった。

（ステップ２：銀合金膜の形成）
ステップ１による残存ガスを排気後、ターゲット２を用いて、ＤＣスパッタリング法により、ガリウムドープ酸化亜鉛膜を有するガラス基板上に、銀合金膜を成膜した。スパッタリングガスには、アルゴンガス（流速４００ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、１ｋＷとした。

得られた銀合金膜の厚さは、１２００Åであった。銀合金膜の組成は、ターゲット２とほぼ同等であった。

（ステップ３：第２の酸化亜鉛膜の形成）
ステップ２による残存ガスを排気後、ターゲット１を用いて、ＤＣスパッタリング法により、銀合金膜上に、ガリウムドープ酸化亜鉛膜を成膜した。スパッタリングガスには、アルゴンガス（流速４００ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、０．２５ｋＷとした。

得られたガリウムドープ酸化亜鉛膜の厚さは、５０Åであった。ガリウムドープ酸化亜鉛膜の組成は、ターゲット１とほぼ同等であった。

（ステップ４：酸化ケイ素膜の形成）
ステップ３による残存ガスを排気後、ターゲット３を用いて、パルスＤＣ反応性スパッタリング法により、第２の酸化亜鉛膜上に、酸化ケイ素膜を成膜した。スパッタリングガスには、酸素ガス（流速２４０ｓｃｃｍ）およびアルゴンガス（流速１６０ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、２ｋＷとし、周波数は、２０ｋＨｚとした。

得られた酸化ケイ素膜の厚さは、５００Åであった。

（ステップ５：酸化チタン膜の形成）
ステップ４による残存ガスを排気後、ターゲット４を用いて、パルスＤＣスパッタリング法により、酸化ケイ素膜上に、酸化チタン膜を成膜した。スパッタリングガスには、酸素ガス（流速２０ｓｃｃｍ）およびアルゴンガス（流速３８０ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、２ｋＷとし、周波数は、４０ｋＨｚとした。

得られた酸化チタン膜の厚さは、９５０Åであった。

以上の処理により、ガラス基板上に、５つの層が積層された高反射鏡のサンプル（以下、「実施例１に係るサンプル」と称する）が得られた。

（実施例２）
実施例１と同様の方法により、実施例２に係る高反射鏡のサンプル（以下、「実施例２に係るサンプル」と称する）を作製した。ただし、この実施例２では、ガラス基板として、厚さ３ｍｍのパイレックスガラス（登録商標）を使用した。その他の条件は、実施例１と同様である。

なお、このガラス基板中の酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）含有量は、４重量％である。

（実施例３）
実施例１と同様の方法により、実施例３に係る高反射鏡のサンプル（以下「実施例３に係るサンプル」と称する）を作製した。ただし、この実施例３では、第５の層として、ボロンドープ金属シリコンターゲットを用いて、パルスＤＣ反応性スパッタリング法により、酸化ケイ素膜上に窒化ケイ素膜を成膜した。スパッタリングガスには、窒素ガス（流速１２０ｓｃｃｍ）およびアルゴンガス（流速２８０ｓｃｃｍ）を使用し、投入電力は１ｋＷとした。得られた窒化ケイ素膜の厚さは５００Åであった。その他の条件は、実施例１と同様である。

（実施例４）
真空槽内に清浄化したガラス基板を設置し、以下に示す方法で各膜を順次成膜することにより、高反射鏡サンプルを作製した。

ターゲットとして、以下の４種類のターゲット（ターゲット１〜４）を準備した：
（ターゲット１）酸化ガリウムを添加した酸化亜鉛ターゲット（酸化ガリウムの含有率５．７質量％、酸化亜鉛の含有率９４．３質量％）、
（ターゲット２）金を添加した銀合金ターゲット（金の含有率２質量％、銀の含有率９８質量％）、
（ターゲット３）金属シリコンターゲット（ボロンドープの多結晶ターゲット、シリコンの含有率９９．９９９質量％）、
（ターゲット４）金属シリコンとアルミニウムの合金ターゲット（シリコンの含有率９０質量％、アルミニウムの含有率１０質量％）。

ターゲット１〜４における表面のサイズは、それぞれ７０ｍｍ×２００ｍｍであった。

（ステップ１：シリコンアルミ窒化膜の形成）
ターゲット４を用いて、パルスＤＣ反応性スパッタリング法により、ガラス基板上にシリコンアルミ窒化膜を成膜した。スパッタリングガスには、アルゴンガス（流速７０ｓｃｃｍ）および窒素ガス（流速３０ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、０．５ｋＷとした。

得られたシリコンアルミ窒化膜の厚さは、２００Åであった。

（ステップ２：酸化亜鉛膜の形成）
ステップ１による残存ガスを排気後、ターゲット１を用いて、ＤＣスパッタリング法により、シリコンアルミ窒化膜上に、ガリウムドープ酸化亜鉛膜を成膜した。スパッタリングガスには、アルゴンガス（流速１００ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、０．１ｋＷとした。

得られたガリウムドープ酸化亜鉛膜の厚さは、１５Åであった。ガリウムドープ酸化亜鉛膜の組成は、ターゲット１とほぼ同等であった。

（ステップ３：銀合金膜の形成）
ステップ２による残存ガスを排気後、ターゲット２を用いて、ＤＣスパッタリング法により、ガリウムドープ酸化亜鉛膜を有するガラス基板上に、銀合金膜を成膜した。スパッタリングガスには、アルゴンガス（流速１００ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、０．５ｋＷとした。

（ステップ４：第２の酸化亜鉛膜の形成）
ステップ３による残存ガスを排気後、ターゲット１を用いて、ＤＣスパッタリング法により、銀合金膜上に、ガリウムドープ酸化亜鉛膜を成膜した。スパッタリングガスには、アルゴンガス（流速１００ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、０．１ｋＷとした。

（ステップ５：第２のシリコンアルミ窒化素膜の形成）
ステップ４による残存ガスを排気後、ターゲット４を用いて、パルスＤＣ反応性スパッタリング法により、第２の酸化亜鉛膜上に、シリコンアルミ窒化素膜を成膜した。スパッタリングガスには、窒素ガス（流速３０ｓｃｃｍ）およびアルゴンガス（流速７０ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、０．５ｋＷとした。

得られた窒化ケイ素膜の厚さは、３５Åであった。
（ステップ６：酸化ケイ素膜の形成）
ステップ５による残存ガスを排気後、ターゲット４を用いて、パルスＤＣ反応性スパッタリング法により、第２のシリコンアルミ窒化膜上に、酸化ケイ素膜を成膜した。スパッタリングガスには、酸素ガス（流速６０ｓｃｃｍ）およびアルゴンガス（流速４０ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、０．５ｋＷとした。

得られた酸化ケイ素膜の厚さは、５００Åであった。

（ステップ７：第３のシリコンアルミ窒化素膜の形成）
ステップ６による残存ガスを排気後、ターゲット４を用いて、パルスＤＣ反応性スパッタリング法により、酸化ケイ素膜上に、シリコンアルミ窒化素膜を成膜した。スパッタリングガスには、窒素ガス（流速３０ｓｃｃｍ）およびアルゴンガス（流速７０ｓｃｃｍ）を使用した。投入電力は、０．５ｋＷとした。

得られたシリコンアルミ窒化膜の厚さは、５００Åであった。

以上の処理により、ガラス基板上に、７つの層が積層された高反射鏡のサンプル（以下、「実施例４に係るサンプル」と称する）が得られた。
（実施例５）
実施例４と同様の方法により、実施例５に係る高反射鏡のサンプル（以下「実施例５に係るサンプル」と称する）を作製した。ただし、この実施例５では、実施例４のステップ２において、ニッケルとクロムの合金ターゲット（ニッケルの含有率５０質量％、クロムの含有率５０質量％）を用いてパルスＤＣスパッタリング法により、ガラス基板上にニクロム膜を成膜した。スパッタリングガスにはアルゴンガス（流速１００ｓｃｃｍ）を使用し、投入電力は０．０５ｋＷとした。その他の条件は、実施例４と同様である。得られたニクロム膜の厚さは、１５Åであった。

（比較例１）
実施例１と同様の方法により、比較例１に係る高反射鏡のサンプル（以下、「比較例１に係るサンプル」と称する）を作製した。ただし、この比較例１では、ガラス基板として、厚さ３ｍｍのソーダライムガラスを使用した。その他の条件は、実施例１と同様である。

なお、このガラス基板中酸化のナトリウム含有量は、１４重量％である。

（比較例２）
実施例１と同様の方法により、比較例２に係る高反射鏡のサンプル（以下「比較例２に係るサンプル」と称する）を作製した。ただし、この比較例２では、ステップ１において形成されたガリウムドープ酸化亜鉛膜の厚さは、１５０Åであった。その他の条件は、実施例１と同様である。

（評価）
前述の方法で作製した各サンプルを用いて、耐熱性評価試験を実施した。

耐熱性評価試験は、各サンプルを所定の温度に所定の時間保持し、熱処理後のサンプルの反射率を測定することにより実施した。熱処理温度は、３００℃、３５０℃、および４００℃とした。

図２には、各サンプルにおける熱処理前後の反射率測定結果をまとめて示す。

なお、図２において、縦軸の反射率は、日射エネルギー反射率：Ｒｅで示した。この日射エネルギー反射率：Ｒｅは、ＩＳＯ９０５０−２００３に準じて算定される値であり、具体的には、分光絶対反射率（３００ｎｍ〜２５００ｎｍ）の測定値に、日射の標準スペクトル分布を示す重化係数を乗じて加重平均した値を意味する。

この結果から、実施例１に係るサンプルでは、３００℃における１６８時間の熱処理、３５０℃における７２時間の熱処理、および４００℃における７２時間の熱処理のいずれの熱処理においても、日射エネルギー反射率が、熱処理前とほとんど変化していないことがわかる。同様に、実施例２〜実施例５に係るサンプルにおいても、各条件の熱処理後の日射エネルギー反射率は、熱処理前とほとんど変化していない。

一方、比較例１に係るサンプルの場合、熱処理によって日射エネルギー反射率は、低下する傾向にあることがわかる。例えば、３００℃における１６８時間の熱処理後の日射エネルギー反射率は、熱処理前の値に比べて２％程度低下しており、３５０℃における７２時間の熱処理後の日射エネルギー反射率は、熱処理前の値に比べて約１４％も低下した。なお、比較例１に係るサンプルでは、日射エネルギー反射率の低下傾向が顕著であるため、４００℃における７２時間の熱処理は、実施していない。

同様に、比較例２に係るサンプルにおいても、熱処理によって日射エネルギー反射率は、低下する傾向にあることがわかる。例えば、３００℃における１６８時間の熱処理後の日射エネルギー反射率は、熱処理前の値に比べて２％低下しており、４００℃における７２時間後の日射エネルギー反射率は、熱処理前の値に比べて約７％も低下した。

図３には、実施例１〜実施例５に係るサンプルにおいて、３５０℃の温度で各時間保持した後の反射率の変化を示す。縦軸は、図２と同じ日射エネルギー反射率：Ｒｅで示した。なお、図３には、比較例１および比較例２における、３５０℃、７２時間保持後の結果を同時に示した。

この図３から、比較例１および比較例２に係るサンプルでは、７２時間保持後に、反射率が大きく低下するのに対して、実施例１〜実施例５に係るサンプルは、いずれも、最大１２０時間までの間、３５０℃の熱処理によって反射率がほとんど変化していないことがわかる。

このように、ガラス基板に含まれるナトリウムの含有量が高い比較例１に係るサンプルでは、耐熱性に問題があることがわかった。これに対して、ガラス基板に含まれるナトリウムの含有量が４質量％以下の実施例１〜実施例５に係るサンプルでは、比較的良好な耐熱性を有することが確認された。

また、第１の層の膜厚が１５０Åである比較例２に係るサンプルでは、ガラス基板に含まれるナトリウムの含有量が４％以下であるにもかかわらず、耐熱性に問題があることがわかった。これに対して、第１の層が２００Å以上である実施例１〜実施例５に係るサンプルでは、比較的良好な耐熱性を有することが確認された。

本発明は、リニアフレネル型またはタワー型等の太陽熱発電システムにおける二次ミラー等に利用することができる。

本願は、２０１２年６月１日に出願した日本国特許出願２０１２−１２６４１１号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願の参照として援用する。

１００本発明による高反射鏡
１１０ガラス基板
１１５第１の表面
１２０第１の層
１３０第２の層
１４０第３の層
１５０第４の層
１６０第５の層

Claims

ガラス基板上に、複数の層を積層することにより構成された高反射鏡であって、
前記ガラス基板は、第１の表面を有し、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）含有量が４重量％以下のガラスで構成され、
前記ガラス基板の第１の表面には、第１の層、第２の層、第３の層、第４の層、第５の層がこの順に積層され、
前記第１の層は、２００Å以上の厚さを有し、金属窒化物、金属酸化物、および金属酸窒化物からなる群から選定された少なくとも一つを含み、
前記第２の層は、銀または銀合金を含み、
前記第３の層は、酸化亜鉛を含み、
前記第４の層は、波長４００〜１５００ｎｍにおいて屈折率１．５５以下、消衰係数０．００１以下の光学定数を有し、酸化ケイ素を含み、
前記第５の層は、波長４００〜１５００ｎｍにおいて屈折率１．７以上、消衰係数０．０１以下の光学定数を有し、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、酸窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化スズ、酸化亜鉛、および酸化ハフニウムからなる群から選定された少なくとも一つを含むことを特徴とする高反射鏡。
前記第１の層は、第１の金属種を含む酸化亜鉛で構成され、前記第１の金属種は、チタン、アルミニウム、スズおよびガリウムからなる群から選定された少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の高反射鏡。
前記第３の層は、第２の金属種を含む酸化亜鉛で構成され、前記第２の金属種は、チタン、アルミニウム、スズおよびガリウムからなる群から選定された少なくとも一つであることを特徴とする請求項１または２に記載の高反射鏡。
前記第２の層は、１０００Å〜３０００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の高反射鏡。
前記第３の層は、１０Å〜１００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の高反射鏡。
前記第４の層は、３００Å〜１５００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の高反射鏡。
前記第５の層は、３００Å〜１５００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の高反射鏡。
太陽熱発電システム用の二次ミラーであって、
前記請求項１乃至７のいずれか一つの高反射鏡を有する二次ミラー。