太陽光−熱変換部材、太陽光−熱変換装置、及び太陽熱発電装置
【課題】新規な太陽光−熱変換部材を提供する。また、このような太陽光−熱変換部材を有する太陽光−熱変換装置及び太陽熱発電装置を提供する。
【解決手段】太陽光−熱変換部材は、β−ＦｅＳｉ２相材料を含有している。太陽光−熱変換部材は、数百ｎｍの波長の可視光に対しては吸収率が高く、かつ数千ｎｍの波長の赤外光に対しては吸収率が小さく、それによって数百ｎｍの波長の可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ない。したがって、太陽光を効率的に吸収して熱を得、かつ熱輻射による放熱を抑制することができる。
【解決手段】太陽光−熱変換部材は、β−ＦｅＳｉ２相材料を含有している。太陽光−熱変換部材は、数百ｎｍの波長の可視光に対しては吸収率が高く、かつ数千ｎｍの波長の赤外光に対しては吸収率が小さく、それによって数百ｎｍの波長の可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ない。したがって、太陽光を効率的に吸収して熱を得、かつ熱輻射による放熱を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光−熱変換部材、太陽光−熱変換装置、及び太陽熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を熱に変換し、そしてその熱を利用して発電を行う太陽熱発電装置が知られている。このような装置では、集光部で太陽光を集光し、そして集光した太陽光によって、容器又は流路内の熱媒体（オイル、溶解塩、溶融ナトリウム等）を加熱することが提案されている。
【０００３】
この分野では、容器又は流路の表面にコーティングを提供し、それによって集光した太陽光による熱媒体の加熱を促進することが検討されている。
【０００４】
具体的には例えば、容器又は流路の表面にコーティングを提供し、このコーティングによって、集光した太陽光の吸収を促進し、かつ容器又は流路から外部への熱輻射による放熱を抑制することが検討されている（非特許文献１）。
【０００５】
これに関して、図１に示すように、太陽光のスペクトル（約５５００℃の黒体放射温度での熱輻射スペクトル）は、数百ｎｍの波長の可視光領域を中心に拡がっているのに対して、太陽光−熱変換装置で容易に得られる温度である数百℃（例えば約５８０℃）での熱輻射スペクトルは、数千ｎｍの波長の赤外領域を中心に拡がっている。すなわち、太陽光のスペクトルと太陽光−熱変換装置で得られる温度での熱輻射スペクトルとでは、範囲が互いにずれている。
【０００６】
特定の温度での熱輻射の輻射率は、この温度に対応する熱輻射スペクトルの光に対する吸収率に対応している。したがって、数百℃の温度での熱輻射による放熱が小さいことは、数百℃の温度に対応する熱輻射スペクトルの光に対する吸収率、すなわち数千ｎｍの波長の赤外光に対する吸収率が小さいことを意味している。
【０００７】
したがって、太陽光に対する吸収率が高く、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ないコーティングは、数百ｎｍの波長の可視光に対しては吸収率が大きく、かつ数千ｎｍの波長の赤外光に対しては吸収率が小さいコーティングであるということができる。このようなコーティングは、集光した太陽光の吸収を促進し、かつ容器又は流路から外部への熱輻射による放熱を抑制するために好ましく用いることができる。
【０００８】
非特許文献１は、このようなコーティングのための材料について列挙しており、具体的には、Ｗ、ＭｏＯ３でドープされたＭｏ、ＢドープされたＳｉ、ＣａＦ２、ＨｆＣ、ＺｒＢ２、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、ＲｅＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＬａＢ６等を挙げている。
【０００９】
また、このようなコーティングのためには、材料自体の選択だけでなく、コーティングの層構造を最適化することが知られている。
【００１０】
具体的には例えば、非特許文献１及び特許文献１に記載のように、屈折率が異なる複数の層を積層し、それによってそれらの層の界面での反射による干渉を用いて、数百ｎｍの波長の可視光に対しては吸収率が高く、かつ数千ｎｍの波長の赤外光に対しては吸収率が低いコーティングを提供することも提案されている。この場合には例えば、非特許文献１では、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのような金属の層と、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、ＺｎＳのような誘電体の層との積層体を用いることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開ＷＯ０２／１０３２５７
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｊｕｌｙ ２００２，ＮＲＥＬ／ＴＰ−５２０−３１２６７，”Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍｉｄ− ｔｏ Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｏｌａｒ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｂｓｏｒｂｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，Ｃ．Ｅ． Ｋｅｎｎｅｄｙ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明では、新規な太陽光−熱変換部材を提供する。また、本発明では、このような太陽光−熱変換部材を有する太陽光−熱変換装置及び太陽熱発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本件発明者等は、β−ＦｅＳｉ２相材料が太陽光−熱変換部材に適していることを見出して、下記の本発明に想到した。
【００１５】
〈１〉β−ＦｅＳｉ２相材料を含有している、太陽光−熱変換部材。
〈２〉上記β−ＦｅＳｉ２相材料が９５ｖｏｌ％以上である、上記〈１〉項に記載の太陽光−熱変換部材。
〈３〉上記β−ＦｅＳｉ２相材料が粒子状であり、且つ上記β−ＦｅＳｉ２相材料の粒子が無機材料のマトリックス中に分散している、上記〈１〉項に記載の太陽光−熱変換部材。
〈４〉膜状である、上記〈１〉〜〈３〉項のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材。
〈５〉１ｎｍ〜１０μｍの厚さの膜状である、上記〈４〉項に記載の太陽光−熱変換部材。
〈６〉上記〈４〉又は〈５〉項に記載の太陽光−熱変換部材の１又は複数の層と、無機材料の１又は複数の層とが、積層されている、太陽光−熱変換積層体。
〈７〉最外層が、酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層である、上記〈６〉項に記載の太陽光−熱変換積層体。
〈８〉金属層；
酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層；及び
上記太陽光−熱変換部材の層
が、この順序で、基材上に直接に又は他の層を介して積層されている、上記〈６〉又は〈７〉項に記載の太陽光−熱変換積層体。
〈９〉上記金属層がＭｏ層であり、かつ上記酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層がＳｉＯ２層である、上記〈８〉項に記載の太陽光−熱変換積層体。
〈１０〉上記〈４〉又は〈５〉項に記載の太陽光−熱変換部材の層又は上記〈６〉〜〈９〉項のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換積層体、
集光部、
熱媒体、並びに
上記熱媒体のための容器及び／又は流路
を有し、
上記容器及び／又は流路の表面に、上記太陽光−熱変換部材の層又は上記太陽光−熱変換積層体がコーティングされており、
上記熱媒体が上記容器及び／又は流路内に収容されており、かつ
上記集光部によって上記容器及び／又は流路に光を集光し、集光した光によって上記容器及び／又は流路内の上記熱媒体を加熱する、
太陽光−熱変換装置。
〈１１〉上記熱媒体を３００℃〜９００℃の温度に加熱する、上記〈１０〉項に記載の太陽光−熱変換装置。
〈１２〉上記集光部が、パラボリック・ディッシュ型、ソーラータワー型、パラボリック・トラフ型、フレネル型、又はリニアフレネル型である、上記〈１０〉又は〈１１〉項に記載の太陽光−熱変換装置。
〈１３〉上記〈１０〉〜〈１２〉項のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換装置、及び発電機を有し、
上記太陽光−熱変換装置によって、上記容器及び／又は流路内の熱媒体を加熱し、かつ
加熱された上記熱媒体の熱エネルギーを上記発電機で利用して、電力を発生させる、
太陽熱発電装置。
〈１４〉基材温度３００℃以上での物理気相堆積によって上記β−ＦｅＳｉ２相材料を得ることを含む、上記〈１〉〜〈５〉項のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材の製造方法。
〈１５〉ＦｅＳｉ２相材料を３００℃以上の温度に加熱して、ＦｅＳｉ２相からβ−ＦｅＳｉ２相への転移を行わせることを含む、上記〈１〉〜〈５〉項のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の新規な太陽光−熱変換部材は、数百ｎｍの波長の可視光に対しては吸収率が高く、かつ数千ｎｍの波長の赤外光に対しては吸収率が小さく、それによって数百ｎｍの波長の可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ない。したがって、本発明の新規な太陽光−熱変換部材によれば、太陽光を効率的に吸収して熱を得、かつ熱輻射による放熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、太陽光のスペクトル（約５５００℃の黒体放射温度での熱輻射スペクトル）と、太陽光−熱変換装置で容易に得られる温度である約５８０℃での熱輻射スペクトルとの関係を示す図である。
【図２】図２は、実施例１において基板温度６００℃及び室温（２４℃）で成膜したＭｏ膜の、（ａ）透過率及び反射率のスペクトル、並びに（ｂ）吸収率のスペクトルを示す図である。
【図３】図３は、実施例１において基板温度６００℃及び室温（２４℃）で成膜したＦｅＳｉ２膜の、（ａ）透過率及び反射率のスペクトル、並びに（ｂ）吸収率のスペクトルを示す図である。
【図４】図４は、実施例１において基板温度６００℃及び室温（２４℃）で成膜したＦｅＳｉ２膜についてのＸ線回折分析結果を示す図である。
【図５】図５は、実施例２において計算によって得た、（ａ）積層体１−１〜１−３の反射率スペクトル、及び（ｂ）積層体１−３及び１−４の反射率スペクトルを示す図である。
【図６】図６は、実施例３で得た積層体の、（ａ）構成及び（ｂ）反射率スペクトルを示す図である。
【図７】図７は、実施例４で得た積層体の、（ａ）構成及び（ｂ）断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図である。
【図８】図８は、（ａ）太陽光のスペクトルと約５８０℃での熱輻射スペクトルとの関係、及び（ｂ）実施例４で得た積層体の反射率スペクトルを示す図である。
【図９】図９は、実施例５で得たＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜及びＭｏ−ＳｉＯ２複合材料膜についての透過率及び反射率のスペクトルを示す図である。
【図１０】図１０は、実施例５で得たＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜及びＭｏ−ＳｉＯ２複合材料膜についての吸収率のスペクトルを示す図である。
【図１１】図１１は、実施例６で得た積層体の、（ａ）構成及び（ｂ）断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図である。
【図１２】図１２は、（ａ）太陽光のスペクトルと約５８０℃での熱輻射スペクトルとの関係、及び（ｂ）実施例６で得た積層体の反射率スペクトルを示す図である。
【図１３】図１３は、実施例７で得た積層体の、（ａ）構成及び（ｂ）断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図である。
【図１４】図１４は、（ａ）太陽光のスペクトルと約５８０℃での熱輻射スペクトルとの関係、及び（ｂ）実施例７で得た積層体の反射率スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（太陽光−熱変換部材）
本発明の太陽光−熱変換部材は、β−ＦｅＳｉ２相材料を含有している。
【００１９】
本件発明者らは、β−ＦｅＳｉ２相材料の光学特性について、数百ｎｍの波長の可視光に対しては吸収率が大きく、かつ数千ｎｍの波長の赤外光に対しては吸収率が小さいことを明らかにした。したがって、このようなβ−ＦｅＳｉ２相材料を含有する本発明の太陽光−熱変換部材によれば、太陽光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ熱輻射による放熱を抑制することができる。
【００２０】
本発明に関して、β−ＦｅＳｉ２相材料は、含有されるＦｅ及びＳｉの少なくとも一部、特に実質的な部分が、β−ＦｅＳｉ２相を構成している材料を意味している。また特に、本発明に関して、β−ＦｅＳｉ２相材料は、含有されるＦｅ及びＳｉが、Ｘ線回折分析で分析したときにβ−ＦｅＳｉ２相の存在が確認される程度に、β−ＦｅＳｉ２相を構成している材料を意味している。
【００２１】
〈太陽光−熱変換部材（組成）〉
本発明の太陽光−熱変換部材は、任意の割合で、β−ＦｅＳｉ２相材料を含有していてよく、例えば１０ｖｏｌ％以上、２０ｖｏｌ％以上、３０ｖｏｌ％以上、４０ｖｏｌ％以上、５０ｖｏｌ％以上、６０ｖｏｌ％以上、７０ｖｏｌ％以上、８０ｖｏｌ％以上、９０ｖｏｌ％以上、９５ｖｏｌ％以上の割合で、β−ＦｅＳｉ２相材料を含有していてよい。また、この割合は例えば、１００ｖｏｌ％未満、９５ｖｏｌ％以下、９０ｖｏｌ％以下、８０ｖｏｌ％以下、７０ｖｏｌ％以下、６０ｖｏｌ％以下、５０ｖｏｌ％以下、４０ｖｏｌ％以下、又は３０ｖｏｌ％以下であってよい。
【００２２】
本発明の太陽光−熱変換部材は、実質的にβ−ＦｅＳｉ２相材料のみからなっていてよく、したがって例えばβ−ＦｅＳｉ２相材料が、８０ｖｏｌ％以上、９０ｖｏｌ％以上、９５ｖｏｌ％以上の割合であってよい。
【００２３】
また、本発明の太陽光−熱変換部材は、β−ＦｅＳｉ２相材料と他の材料との複合材料であってよい。
【００２４】
具体的には例えば、本発明の太陽光−熱変換部材では、β−ＦｅＳｉ２相材料が粒子状であり、且つこのβ−ＦｅＳｉ２相材料の粒子が無機材料のマトリックス中に分散していてよい。
【００２５】
この場合には、マトリックスとしての無機材料によって、β−ＦｅＳｉ２相材料と他の材料との反応を抑制することができる。また、この場合には、マトリックスとしての無機材料によって、本発明の太陽光−熱変換部材の屈折率等を調節することができる。
【００２６】
マトリックスとしての無機材料として使用できる材料としては、β−ＦｅＳｉ２相材料の粒子を分散させて保持できる任意の材料を用いることができ、具体的には金属又は半金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を用いることができる。
【００２７】
〈太陽光−熱変換部材（形態）〉
本発明の太陽光−熱変換部材は、主に任意の形態で用いることができ、例えば膜状、筒状、板状の形態で用いることができ、特に膜状の形態で用いることができる。
【００２８】
本発明の太陽光−熱変換部材を膜状の形態で用いる場合、その膜厚は、１ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上であってよい。また、その膜厚は、１０μｍ以下、５μｍ以下、１μｍ以下、又は５００ｎｍ以下であってよい。
【００２９】
〈太陽光−熱変換部材（製造方法）〉
本発明の太陽光−熱変換部材は、任意の方法で得ることができる。また、本発明の太陽光−熱変換部材で用いているβ−ＦｅＳｉ２相材料自体は公知であり、例えば半導体材料として（特開平１０−１５３７０４号公報）、また光ディスク、カメラ、レーザープリンタ等の光学機器のための光吸収体の光吸収層として（特開２００４−３０３８６８号公報）考慮されているので、β−ＦｅＳｉ２相材料の製造においてはこれらの分野の技術を参照することができる。
【００３０】
本発明の太陽光−熱変換部材のβ−ＦｅＳｉ２相材料は例えば、基材温度３００℃以上、４００℃以上、又は５００℃以上での物理気相堆積（ＰＶＤ）、特にスパッタリングによって得ることができる。ここで、基材温度が比較的高いことは、β−ＦｅＳｉ２相を形成するために好ましい。また、基材温度は例えば、１０００℃以下、９００℃以下、８００℃以下、又は７００℃以下にすることができる。
【００３１】
また、本発明の太陽光−熱変換部材のβ−ＦｅＳｉ２相材料は例えば、ＦｅＳｉ２相材料、例えば基材上に堆積させた膜状のＦｅＳｉ２相材料を、３００℃以上、４００℃以上、又は５００℃以上の温度に加熱して、ＦｅＳｉ２相からβ−ＦｅＳｉ２相への転移を行わせることを含む方法によって得ることができる。
【００３２】
（太陽光−熱変換積層体）
本発明の太陽光−熱変換積層体は、膜状である本発明の太陽光−熱変換部材の１又は複数の層と、無機材料の１又は複数の層とが、積層されてなる。
【００３３】
本発明の太陽光−熱変換部材の層を２以上用いる場合、太陽光−熱変換部材に含有されるβ−ＦｅＳｉ２相材料の割合を変更すること、β−ＦｅＳｉ２相材料と共に太陽光−熱変換部材に含有される材料を変更することと等によって、太陽光−熱変換部材の層の特性、特に屈折率等の光学的特性を調節することができる。
【００３４】
このような本発明の太陽光−熱変換積層体では、太陽光−熱変換積層体を構成する各層の間の干渉を利用して、数百ｎｍの波長の可視光に対する吸収率を更に大きくすることができる。具体的には、干渉を利用して可視光に対する吸収率を大きくするためには、異なる層の表面で反射される光の光路差が、可視光の波長（例えば５５０ｎｍ）のｎ＋１／２倍（両方層の表面の反射で位相が１／２波長ずれる場合、又は両方層の表面の反射で位相がずれない場合）、又は可視光の波長（例えば５５０ｎｍ）のｎ倍（一方の層の表面の反射でのみ位相が１／２波長ずれる場合）になるようにすることができる（ｎは０又は正の整数）。
【００３５】
なお、この場合、光路差が、赤外光（数千ｎｍの波長）の波長のｎ＋１／２倍又はｎ倍にならないようにすることによって、赤外光に対しては干渉が起こらないようにすることができる。
【００３６】
また、このような本発明の太陽光−熱変換積層体の他の態様では、無機材料の１又は複数の層によって、β−ＦｅＳｉ２相材料と他の材料との反応を抑制することができる。
【００３７】
無機材料の１又は複数の層のために使用できる無機材料は、意図する用途に応じて任意に選択することができ、具体的には金属又は半金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物を用いることができる。
【００３８】
金属層；酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層；及び太陽光−熱変換部材の層を、この順序で、基材上に直接に又は他の層を介して積層させることによって、金属層とβ−ＦｅＳｉ２相材料との間の反応を抑制しつつ、金属層による光の反射、吸収等の光学特性を提供することができる。ここで、この金属層としては、モリブデン（Ｍｏ）層、タングステン（Ｗ）層、銀（Ａｇ）層、金（Ａｕ）層、銅（Ｃｕ）層等、特にモリブデン（Ｍｏ）層を用いることができる。また、酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層を用いることができる。
【００３９】
（太陽光−熱変換装置）
本発明の太陽光−熱変換装置は、本発明の太陽光−熱変換部材の層又は本発明の太陽光−熱変換積層体、集光部、熱媒体、並びに熱媒体のための容器及び／又は流路を有し、この容器及び／又は流路の表面に、太陽光−熱変換積層体がコーティングされており、熱媒体が容器及び／又は流路内に収容されており、かつ集光部によって容器及び／又は流路に太陽光を集光し、集光した太陽光によって容器及び／又は流路内の熱媒体を加熱する。
【００４０】
本発明の太陽光−熱変換部材の層又は太陽光−熱変換積層体によれば、太陽光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ加熱された容器及び／又は流路からの熱輻射による放熱を抑制することができる。したがって、本発明の太陽光−熱変換装置によれば、太陽光によって効率的に熱媒体を加熱することができる。
【００４１】
本発明の太陽光−熱変換装置は、熱媒体を３００℃以上、４００℃以上、５００℃以上に加熱するために用いることができる。また、この熱媒体を加熱温度は、例えば１１００℃以下、１０００℃以下、９００℃以下、８００℃以下、又は７００℃以下にすることができる。
【００４２】
本発明の太陽光−熱変換装置で用いられる集光部は、任意のタイプの集光部であってよく、例えばパラボリック・ディッシュ型、ソーラータワー型、パラボリック・トラフ型、フレネル型、又はリニアフレネル型であってよい。
【００４３】
本発明の太陽光−熱変換装置で用いられる容器及び／又は流路は、熱媒体を収容できる任意の容器及び／又は流路であってよく、例えばこの流路としてパイプを用い、その中に熱媒体を流通させることができる。
【００４４】
（太陽熱発電装置）
本発明の太陽熱発電装置は、本発明の太陽光−熱変換装置、及び発電機を有し、太陽光−熱変換装置によって、容器及び／又は流路内の熱媒体を加熱し、かつ加熱された熱媒体の熱エネルギーを発電機で利用して、電力を発生させる。
【００４５】
本発明の太陽光−熱変換装置によれば、太陽光によって効率的に熱媒体を加熱することができる。したがって、本発明の太陽熱発電装置によれば、太陽熱による発電を効率的に行うことができる。
【００４６】
本発明の太陽熱発電装置の発電機において電力を発生させるためには、任意の機構を用いることができる。したがって、例えば加熱された熱媒体によって水、アンモニアのような蒸発媒体を蒸発させ、その蒸気で、発電機の蒸気タービンを回転させることによって、電力を発生させることができる。
【実施例】
【００４７】
実施例１〜４においては、実質的にβ−ＦｅＳｉ２相材料からなるβ−ＦｅＳｉ２単相膜、及びこの単相膜を有する積層体について、実質的にＭｏからなるＭｏ単相膜、及びこの単相膜を有する積層体と比較して評価した。また実施例５〜７においては、β−ＦｅＳｉ２相材料及びＳｉＯ２を含有するβ−ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜、及びこの複合材料膜を有する積層体について、Ｍｏ及びＳｉＯ２を含有するＭｏ−ＳｉＯ２複合材料膜、及びこの複合材料膜を有する積層体と比較して評価した。
【００４８】
〈実施例１〉Ｍｏ膜及びＦｅＳｉ２膜の光学特性の検証
Ｍｏ膜及びＦｅＳｉ２膜をそれぞれスパッタリング法により成膜し、これらの膜の透過率、反射率及び吸収率のスペクトルを評価した。具体的には、Ｍｏ膜及びＦｅＳｉ２膜の成膜、及び評価は下記のようにして行った。
【００４９】
（Ｍｏ膜及びＦｅＳｉ２膜の成膜）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃又は室温（２４℃）に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。ターゲットにはそれぞれ、金属Ｍｏ及びβ−ＦｅＳｉ２を使用した。また、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。成膜時間はそれぞれ３０分間とした。
【００５０】
得られた膜厚は、Ｍｏ膜では約１６０ｎｍであり、ＦｅＳｉ２膜では約９０ｎｍであった。
【００５１】
（評価）
基板温度６００℃及び室温（２４℃）で成膜したＭｏ膜及びＦｅＳｉ２膜の透過率、反射率及び吸収率のスペクトルを評価した。Ｍｏ膜についての評価結果を図２に示しており、またＦｅＳｉ２膜についての評価結果を図３に示している。
【００５２】
なお、図２（ｂ）及び図３（ｂ）の吸収率についてのグラフは、図２（ａ）及び図３（ａ）の透過率及び反射率のグラフから、下記の関係に基づいて求めている：
（吸収率（％））＝１００％−（透過率（％））−（反射率（％））
【００５３】
図２及び３から明らかなように、室温成膜の場合、Ｍｏ膜とＦｅＳｉ２膜との間で透過率、反射率及び吸収率について大きな差がなかった。
【００５４】
これに対して、図２及び３から明らかなように、６００℃成膜の場合、Ｍｏ膜とＦｅＳｉ２膜との間で透過率、反射率及び吸収率について大きな差があった。
【００５５】
具体的には、６００℃成膜の場合、ＦｅＳｉ２膜の吸収率スペクトルは、可視光付近では高い吸収率を示す一方で、１２００ｎｍ付近で急激に吸収率が低下して、近赤外域ではかなり低い吸収率を示している。すなわち、６００℃成膜の場合のＦｅＳｉ２膜は、数百ｎｍの波長の可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ないことが理解される。
【００５６】
６００℃及び室温にて成膜されたＦｅＳｉ２の膜についてのＸ線回折分析（薄膜法（θ＝１．５°））結果を図４に示している。この図４からは、６００℃で成膜したＦｅＳｉ２の膜がβ相のＦｅＳｉ２膜であること、及び室温（２４℃）で成膜したＦｅＳｉ２の膜がアモルファスのＦｅＳｉ２膜であることが理解される。
【００５７】
したがって、これらの結果からは、アモルファスのＦｅＳｉ２膜ではなく、β−ＦｅＳｉ２膜が、太陽光−熱変換に関して好ましい特性を有すること、及び高温でのスパッタリングによってβ−ＦｅＳｉ２膜が得られることが理解される。
【００５８】
〈実施例２〉ＦｅＳｉ２層を有する積層体の光学特性の検証
下記の積層体１−１〜１−４について、各層の光学定数に基づいて、反射率スペクトルを計算によって求めた。
【００５９】
【表１】
【００６０】
計算によって得られた積層体１−１〜１−３の反射率スペクトルを図５（ａ）に示す。また、計算によって得られた積層体１−３及び１−４の反射率スペクトルを図５（ｂ）に示す。
【００６１】
図５（ａ）からは、光吸収層としてＭｏ層を用いる積層体１−１及び１−２（比較例）と比較して、光吸収層としてβ−ＦｅＳｉ２層を用いる積層体１−３（本発明）は、数百ｎｍの波長の可視光〜近赤外領域において、反射率が小さく、かつ１１００ｎｍ付近で急激に反射率が増加して、数千ｎｍの波長の赤外領域において反射率が大きくなっていることが分かる。
【００６２】
ここで、不透明材料、すなわち透過率が０％である材料については、吸収率と反射率とが下記の関係を有することから、図５において反射率が大きいことは吸収率が小さいことを意味しており、また反射率が小さいことは吸収率が大きいことを意味している：
（吸収率（％））＝１００％−（反射率（％））
【００６３】
したがって、図５（ａ）からは、光吸収層としてＭｏ層を用いる積層体１−１及び１−２（比較例）と比較して、光吸収層としてβ−ＦｅＳｉ２層を用いる積層体１−３（本発明）は、数百ｎｍの波長の可視光〜近赤外領域において、吸収率が大きく、かつ１１００ｎｍ付近で急激に吸収率が低下して、数千ｎｍの波長の赤外領域において吸収率が小さくなっていることが分かる。すなわち、この図５からは、光吸収層としてβ−ＦｅＳｉ２層を用いる積層体１−３（本発明）は、可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ないことが理解される。
【００６４】
なお、図５（ｂ）は、光吸収層として１つのβ−ＦｅＳｉ２層を用いる積層体１−３（本発明）、及び光吸収層として２つのβ−ＦｅＳｉ２層を用いる積層体１−４（本発明）についての反射率スペクトルを表している。この図５（ｂ）からは、吸収層として２つのβ−ＦｅＳｉ２層を用いることによって、吸収率が急激に低下する波長を１１００ｎｍ付近から１５００ｎｍ付近にシフトさせることが可能であることが分かった。このように吸収率が急激に低下する波長を１５００ｎｍ付近にシフトさせると、近赤外領域の吸収率を大きくすることができ、それによって太陽光の吸収率を更に高めることが可能になる。
【００６５】
〈実施例３〉Ｍｏ膜上に直接にＦｅＳｉ２膜が積膜された構成の問題点
下記のようにして、基材上にＭｏ膜が直接に積層されており、このＭｏ膜状にＦｅＳｉ２膜が直接に積層されている積層体を得た。すなわち、図６（ａ）に示すような構成を有する積層体を得た。
【００６６】
（積層体の製造）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【００６７】
Ｍｏターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。Ｍｏ膜の膜厚を約１００ｎｍとするために、成膜時間は１９分間とした。
【００６８】
その後、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。Ｍｏ膜上のβ−ＦｅＳｉ２膜の膜厚を約３０ｎｍとするために、成膜時間は１０分間とした。
【００６９】
（評価）
上記のようにして得た積層体、すなわち図６（ａ）に示す構成を有する積層体の反射率スペクトルを測定し、図６（ｂ）に「実測値」として示している。
【００７０】
また、この反射率スペクトルの実測値と併せて、ＦｅＳｉ２膜とＭｏ膜との間で反応が生じていないとした場合の積層体（ＦｅＳｉ２：３０ｎｍ、Ｍｏ：１００ｎｍ）、及びＦｅＳｉ２膜とＭｏ膜とが部分的に反応してＭｏ３Ｓｉ膜を生じているとした場合の積層体（ＦｅＳｉ２：１５ｎｍ、Ｍｏ３Ｓｉ：４０ｎｍ、及びＭｏ：８０ｎｍ）について、反射率スペクトルの計算値を図６（ｂ）に示している。
【００７１】
図６（ｂ）からは、反射率スペクトルの実測値は、ＦｅＳｉ２膜とＭｏ膜との間で反応が生じていないとした場合の積層体（ＦｅＳｉ２：３０ｎｍ、Ｍｏ：１００ｎｍ）についての反射率スペクトルの計算値よりも、ＦｅＳｉ２膜とＭｏ膜とが部分的に反応してＭｏ３Ｓｉ膜を生じているとした場合の積層体（ＦｅＳｉ２：１５ｎｍ、Ｍｏ３Ｓｉ：４０ｎｍ、及びＭｏ：８０ｎｍ）についての反射率スペクトルの計算値に近いことが理解される。すなわち、図６（ｂ）からは、Ｍｏ膜上にＦｅＳｉ２膜を直接に積層させる場合には、ＦｅＳｉ２膜とＭｏ膜とが部分的に反応してＭｏ３Ｓｉ膜を生じていることが理解される。
【００７２】
したがって、この結果からは、Ｍｏ膜とＦｅＳｉ２膜との間にこれらの膜の間の反応を抑制する材料のバリア膜、例えばＳｉＯ２層などの無機材料膜を提供することが好ましいことが理解される。
【００７３】
〈実施例４〉ＦｅＳｉ２膜及びＭｏ膜を有する積層体の光学特性の検証
図７（ａ）で示す構成を有する積層体をスパッタリング法により成膜し、この膜の反射率スペクトルを評価した。具体的には、ＦｅＳｉ２膜及びＭｏ膜を有する積層体の成膜、及び評価は下記のようにして行った。
【００７４】
（Ｍｏの膜及びＦｅＳｉ２の膜の成膜）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【００７５】
Ｍｏ膜の成膜では、Ｍｏターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。ＳｉＯ２膜の成膜では、ＳｉＯ２ターゲット及び高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。ＦｅＳｉ２膜の成膜では、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。成膜時間は、図７及び下記の表２で示す各層の厚さが得られるように調節した。
【００７６】
【表２】
【００７７】
得られた積層体の断面構造を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した結果、各層の膜厚は設定した値に近く、かつ各層が平坦な表面を有していることが確認された。
【００７８】
（評価）
得られた積層体の反射率スペクトルを評価した。評価結果を、太陽光及び５８０℃での熱輻射スペクトルと併せて図８に示している。
【００７９】
図８で示されているように、この積層体では、波長３００〜１４００ｎｍの可視光〜近赤外領域では反射率が１０％以下と低い。またこの積層体では、１４００ｎｍを超える長波長側では反射率が急峻に立ち上がり、それによって波長３０００ｎｍ以上では９０％以上の反射率を有している。なお、これらの波長範囲では、積層体の透過率はほぼゼロであるので、吸収率は下記の式で表すことができる：
（吸収率（％））＝１００％−（反射率（％））
【００８０】
したがって、図８からは、この積層体が、可視光〜近赤外領域では吸収率が高く、かつ数百℃（例えば５８０℃）の温度での熱輻射に対応する長波長領域では、吸収率が低いことが理解される。数百℃の温度での熱輻射に対応する長波長領域において吸収率が低いことは、この温度での輻射率が小さいことを意味している。すなわち、図８からは、この積層体が、数百ｎｍの波長の可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度において熱輻射による放熱が少ないことが理解される。
【００８１】
図８に示す反射率スペクトルから、太陽光の吸収性能を示す吸収率αを求めると、８９．６％となり、また輻射熱としての損失性能を示す放射率ε（５８０℃）を求めると６．６２％になった。また、このα及びεより、５８０℃における光−熱変換効率ηを算出すると、８０．０％となった。
【００８２】
なお、本発明に関して、太陽光の吸収性能を示す吸収率α、輻射熱としての損失性能を示す放射率ε（５８０℃）、及び光−熱変換効率ηは下記のようなものである。
【００８３】
（太陽光の吸収性能を示す吸収率α）
吸収率αは、ＪＩＳ Ｒ３１０６に定義されている日射吸収率を意味し、分光吸収率α（λ）に対して太陽光スペクトル分布に基づく重価係数Ｅλ・λΔを乗じた加重平均として、次式により求めた。
【００８４】
【数１】
α（λ）： 分光吸収率
Ｅλ： 直達日射相対値の標準スペクトル分布
Ｅλ・λΔ： 重価係数（ＪＩＳ Ｒ３１０６）
【００８５】
（輻射熱としての損失性能を示す放射率ε（５８０℃））
放射率ε（５８０℃）は、分光吸収率α（λ）に対してプランクの式に基づく５８０℃での輻射スペクトルＢ５８０℃（λ）を乗じた加重平均として、次式により求めた。
【００８６】
【数２】
α（λ）： 分光吸収率
ｃ： 光速
ｈ： プランク定数
ｋ： ボルツマン定数
Ｔ： 絶対温度（５８０℃＝８５３Ｋ）
【００８７】
（光−熱変換効率η）
上記により求めた吸収率α及び放射率εをもとに、特許文献１にて定義されている次式により光−熱変換効率ηを求めた。
【００８８】
【数３】
σ： ステファン−ボルツマン定数
Ｔ： 絶対温度
Ｃ： 集光度
Ｉ： 太陽光強度（ＡＭ１．５）
【００８９】
〈実施例５〉ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の光学特性の検証
マトリックスとしてのＳｉＯ２中にＦｅＳｉ２が分散しているＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜（サーセミ膜（Ｃｅｒａｍｉｃ＋Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ＝Ｃｅｒｓｅｍｉ））、及びマトリックスとしてのＳｉＯ２中にＭｏが分散しているＭｏ−ＳｉＯ２複合材料膜（サーメット膜（Ｃｅｒａｍｉｃ＋Ｍｅｔａｌ＝Ｃｅｒｍｅｔ））をそれぞれスパッタリング法により成膜し、これらの膜の透過率、反射率及び吸収率のスペクトルを評価した。具体的には、これらの複合材料膜の成膜、及び評価は下記のようにして行った。
【００９０】
（ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の成膜及び評価）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【００９１】
ターゲットとしては、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。β−ＦｅＳｉ２ターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力１００Ｗでプラズマを生成させた。
【００９２】
ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約１００ｎｍにするために、成膜時間は２０分間とした。
【００９３】
Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）分析の結果、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は６１ｖｏｌ％であった。なお、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２ナノ粒子は、マトリックスであるＳｉＯ２のケイ素とは反応しておらず、また酸化もされておらず、したがってＦｅＳｉ２の状態を維持していた。
【００９４】
得られたＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜についての透過率及び反射率のスペクトルを図９（ａ）に示す。また、この複合材料膜についての吸収率スペクトルを図１０に示す。なお、図１０の吸収率スペクトルは、図９（ａ）の透過率及び反射率のスペクトルから、下記の関係に基づいて求めている：
（吸収率（％））＝１００％−（透過率（％））−（反射率（％））
【００９５】
（Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜の成膜及び評価）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【００９６】
ターゲットとしては、Ｍｏターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。Ｍｏターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力２０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。
【００９７】
Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約８０ｎｍとするために、成膜時間は１８分間とした。
【００９８】
また、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）分析の結果、Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜中のＭｏの割合は５４ｖｏｌ％であった。なお、Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜中のＭｏナノ粒子は、成膜過程においてマトリックスであるＳｉＯ２のケイ素と反応して、部分的にシリサイド化していた。
【００９９】
得られたＭｏ−ＳｉＯ２複合材料膜についての透過率及び反射率のスペクトルを図９（ｂ）に示す。また、この複合材料膜についての吸収率スペクトルを図１０に示す。なお、図１０の吸収率スペクトルは、図９（ｂ）の透過率及び反射率のスペクトルから、下記の関係に基づいて求めている：
（吸収率（％））＝１００％−（透過率（％））−（反射率（％））
【０１００】
（評価結果についての検討）
図１０に示す吸収率スペクトルから、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜では、Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜と比較して、可視光付近の吸収率が高く、かつ近赤外領域での吸収率の変化が急激であることが分かる。また、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜では、Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜と比較して、膜厚が若干厚いにも関わらず、長波長領域での吸収率が低いことが理解される。これは、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜が、Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜と比較して、可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ないことを意味している。
【０１０１】
なお、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は、ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットに供給する電力によって制御できる。例えば、ＳｉＯ２ターゲットに高周波（ＲＦ）電力２００Ｗを供給しつつ、ＦｅＳｉ２ターゲットに供給する直流（ＤＣ）電力を、１０Ｗ、３０Ｗ、及び５０Ｗと変えることによって、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合を、８ｖｏｌ％、３１ｖｏｌ％、及び４６ｖｏｌ％に制御することができた。
【０１０２】
〈実施例６〉ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜を有する積層体の光学特性の検証（１）
図１１で示す積層体をスパッタリング法により成膜し、この膜の吸収率のスペクトルを評価した。具体的には、積層体の成膜、及び評価は下記のようにして行った。
【０１０３】
（積層体の成膜）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【０１０４】
Ｍｏ膜の成膜では、Ｍｏターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。Ｍｏ膜の膜厚を約１００ｎｍとするために、成膜時間は２０分間とした。
【０１０５】
基材側のＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜（ＦｅＳｉ２：６１ｖｏｌ％）の成膜では、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。β−ＦｅＳｉ２ターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力１００Ｗでプラズマを生成させた。ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約５０ｎｍにするために、成膜時間は１１分間とした。
【０１０６】
ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は６１ｖｏｌ％であった。
【０１０７】
外側のＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜（ＦｅＳｉ２：８ｖｏｌ％）の成膜では、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。β−ＦｅＳｉ２ターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力１０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約４５ｎｍとするために、成膜時間を１９分間とした。
【０１０８】
ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は８ｖｏｌ％であった。
【０１０９】
最表面のＳｉＯ２膜の成膜では、ＳｉＯ２ターゲットを用いた。ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。ＳｉＯ２膜の膜厚を約４５ｎｍとするために、成膜時間は５５分間とした。
【０１１０】
得られた積層体の断面構造を走査型電子顕微鏡によって観察した結果、図１１（ｂ）で示すように、各層の膜厚は設定した値に近く、かつ各層が平坦な表面を有していることが確認された。
【０１１１】
（評価）
得られた積層体の反射率スペクトルを評価した。評価結果を図１２に示している。
【０１１２】
図１２で示されているように、この積層体では、波長１３００ｎｍ以下の可視光〜近赤外領域では反射率が約１０％以下と低い。またこの積層体では、それよりも長波長側では反射率が急峻に立ち上がり、それによって波長３０００ｎｍ以上では９０％以上の反射率を有している。
【０１１３】
図１２に示す反射率スペクトルによれば、太陽光の吸収性能を示す吸収率αは９１．５％、輻射熱としての損失性能を示す放射率ε（５８０℃）は７．２６％、５８０℃における光−熱変換効率ηは８０．６％であった。この光−熱変換効率ηは、実施例４の積層体での値よりも大きかった。
【０１１４】
〈実施例７〉ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜を有する積層体の光学特性の検証（２）
図１３で示す積層体をスパッタリング法により成膜し、この膜の光吸収率スペクトルを評価した。具体的には、積層体の成膜、及び評価は下記のようにして行った。
【０１１５】
（積層体の成膜）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【０１１６】
Ｍｏ膜の成膜では、Ｍｏターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。Ｍｏ膜の膜厚を約１００ｎｍとするために、成膜時間は２０分間とした。
【０１１７】
基材側のＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜（ＦｅＳｉ２：５４ｖｏｌ％）の成膜では、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。β−ＦｅＳｉ２ターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力９０Ｗでプラズマを生成させた。ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約５５ｎｍとするために、成膜時間は１２分間とした。
【０１１８】
ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は５４ｖｏｌ％であった。
【０１１９】
外側のＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜（ＦｅＳｉ２：１０ｖｏｌ％）の成膜では、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。β−ＦｅＳｉ２ターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力１０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約５５ｎｍとするために、成膜時間は２１分間とした。
【０１２０】
ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は１０ｖｏｌ％であった。
【０１２１】
最表面のＳｉＯ２膜の成膜では、ＳｉＯ２ターゲットを用いた。ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。ＳｉＯ２膜の膜厚を約１２ｎｍとするために、成膜時間は１５分間とした。
【０１２２】
なお、この実施例では、ＳｉＯ２ターゲットの厚さが実施例６と異なっており、それによってＳｉＯ２の成膜速度が大きくなっていた。
【０１２３】
得られた積層体に対して、真空中（圧力５Ｐａ以下）において、７５０℃で１時間にわたって熱処理を行った。
【０１２４】
熱処理の前後の積層体の断面構造を走査型電子顕微鏡によって観察した結果、図１３（ｂ）で示すように、各層が平坦な表面を有していることが確認された。ただし、ただし、基材側及び外側のＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の厚さはいずれも、熱処理によって、約５５ｎｍから約５０ｎｍに減少していた。また、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜では、ＦｅＳｉ２粒子が結晶成長して粒子径が大きくなっていた。このＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の厚さの減少は、ＦｅＳｉ２粒子が結晶成長したことに伴うものであると考えられる。なお、最表面のＳｉＯ２膜の厚さはわずかに増加していた。
【０１２５】
（評価）
熱処理の前後の積層体の反射率スペクトルを評価した。評価結果を図１４に示している。
【０１２６】
図１４で示されているように、この積層体では、熱処理によって、波長約１３００ｎｍでの反射率の増加がさらに急激になっている。
【０１２７】
図１４に示す反射率スペクトルによれば、太陽光の吸収性能を示す吸収率αは、熱処理前が９０．６％であり、熱処理後が９１．２％であった。輻射熱としての損失性能を示す放射率ε（５８０℃）は、熱処理前が７．３８％であり、熱処理後が６．４６％であった。光−熱変換効率ηは、熱処理前が７９．７％であり、熱処理後が８１．７％であった。すなわち、熱処理によって光−熱変換効率ηが改良された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光−熱変換部材、太陽光−熱変換装置、及び太陽熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を熱に変換し、そしてその熱を利用して発電を行う太陽熱発電装置が知られている。このような装置では、集光部で太陽光を集光し、そして集光した太陽光によって、容器又は流路内の熱媒体（オイル、溶解塩、溶融ナトリウム等）を加熱することが提案されている。
【０００３】
この分野では、容器又は流路の表面にコーティングを提供し、それによって集光した太陽光による熱媒体の加熱を促進することが検討されている。
【０００４】
具体的には例えば、容器又は流路の表面にコーティングを提供し、このコーティングによって、集光した太陽光の吸収を促進し、かつ容器又は流路から外部への熱輻射による放熱を抑制することが検討されている（非特許文献１）。
【０００５】
これに関して、図１に示すように、太陽光のスペクトル（約５５００℃の黒体放射温度での熱輻射スペクトル）は、数百ｎｍの波長の可視光領域を中心に拡がっているのに対して、太陽光−熱変換装置で容易に得られる温度である数百℃（例えば約５８０℃）での熱輻射スペクトルは、数千ｎｍの波長の赤外領域を中心に拡がっている。すなわち、太陽光のスペクトルと太陽光−熱変換装置で得られる温度での熱輻射スペクトルとでは、範囲が互いにずれている。
【０００６】
特定の温度での熱輻射の輻射率は、この温度に対応する熱輻射スペクトルの光に対する吸収率に対応している。したがって、数百℃の温度での熱輻射による放熱が小さいことは、数百℃の温度に対応する熱輻射スペクトルの光に対する吸収率、すなわち数千ｎｍの波長の赤外光に対する吸収率が小さいことを意味している。
【０００７】
したがって、太陽光に対する吸収率が高く、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ないコーティングは、数百ｎｍの波長の可視光に対しては吸収率が大きく、かつ数千ｎｍの波長の赤外光に対しては吸収率が小さいコーティングであるということができる。このようなコーティングは、集光した太陽光の吸収を促進し、かつ容器又は流路から外部への熱輻射による放熱を抑制するために好ましく用いることができる。
【０００８】
非特許文献１は、このようなコーティングのための材料について列挙しており、具体的には、Ｗ、ＭｏＯ３でドープされたＭｏ、ＢドープされたＳｉ、ＣａＦ２、ＨｆＣ、ＺｒＢ２、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、ＲｅＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＬａＢ６等を挙げている。
【０００９】
また、このようなコーティングのためには、材料自体の選択だけでなく、コーティングの層構造を最適化することが知られている。
【００１０】
具体的には例えば、非特許文献１及び特許文献１に記載のように、屈折率が異なる複数の層を積層し、それによってそれらの層の界面での反射による干渉を用いて、数百ｎｍの波長の可視光に対しては吸収率が高く、かつ数千ｎｍの波長の赤外光に対しては吸収率が低いコーティングを提供することも提案されている。この場合には例えば、非特許文献１では、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのような金属の層と、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、ＺｎＳのような誘電体の層との積層体を用いることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開ＷＯ０２／１０３２５７
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｊｕｌｙ ２００２，ＮＲＥＬ／ＴＰ−５２０−３１２６７，”Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍｉｄ− ｔｏ Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｏｌａｒ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｂｓｏｒｂｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，Ｃ．Ｅ． Ｋｅｎｎｅｄｙ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明では、新規な太陽光−熱変換部材を提供する。また、本発明では、このような太陽光−熱変換部材を有する太陽光−熱変換装置及び太陽熱発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本件発明者等は、β−ＦｅＳｉ２相材料が太陽光−熱変換部材に適していることを見出して、下記の本発明に想到した。
【００１５】
〈１〉β−ＦｅＳｉ２相材料を含有している、太陽光−熱変換部材。
〈２〉上記β−ＦｅＳｉ２相材料が９５ｖｏｌ％以上である、上記〈１〉項に記載の太陽光−熱変換部材。
〈３〉上記β−ＦｅＳｉ２相材料が粒子状であり、且つ上記β−ＦｅＳｉ２相材料の粒子が無機材料のマトリックス中に分散している、上記〈１〉項に記載の太陽光−熱変換部材。
〈４〉膜状である、上記〈１〉〜〈３〉項のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材。
〈５〉１ｎｍ〜１０μｍの厚さの膜状である、上記〈４〉項に記載の太陽光−熱変換部材。
〈６〉上記〈４〉又は〈５〉項に記載の太陽光−熱変換部材の１又は複数の層と、無機材料の１又は複数の層とが、積層されている、太陽光−熱変換積層体。
〈７〉最外層が、酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層である、上記〈６〉項に記載の太陽光−熱変換積層体。
〈８〉金属層；
酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層；及び
上記太陽光−熱変換部材の層
が、この順序で、基材上に直接に又は他の層を介して積層されている、上記〈６〉又は〈７〉項に記載の太陽光−熱変換積層体。
〈９〉上記金属層がＭｏ層であり、かつ上記酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層がＳｉＯ２層である、上記〈８〉項に記載の太陽光−熱変換積層体。
〈１０〉上記〈４〉又は〈５〉項に記載の太陽光−熱変換部材の層又は上記〈６〉〜〈９〉項のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換積層体、
集光部、
熱媒体、並びに
上記熱媒体のための容器及び／又は流路
を有し、
上記容器及び／又は流路の表面に、上記太陽光−熱変換部材の層又は上記太陽光−熱変換積層体がコーティングされており、
上記熱媒体が上記容器及び／又は流路内に収容されており、かつ
上記集光部によって上記容器及び／又は流路に光を集光し、集光した光によって上記容器及び／又は流路内の上記熱媒体を加熱する、
太陽光−熱変換装置。
〈１１〉上記熱媒体を３００℃〜９００℃の温度に加熱する、上記〈１０〉項に記載の太陽光−熱変換装置。
〈１２〉上記集光部が、パラボリック・ディッシュ型、ソーラータワー型、パラボリック・トラフ型、フレネル型、又はリニアフレネル型である、上記〈１０〉又は〈１１〉項に記載の太陽光−熱変換装置。
〈１３〉上記〈１０〉〜〈１２〉項のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換装置、及び発電機を有し、
上記太陽光−熱変換装置によって、上記容器及び／又は流路内の熱媒体を加熱し、かつ
加熱された上記熱媒体の熱エネルギーを上記発電機で利用して、電力を発生させる、
太陽熱発電装置。
〈１４〉基材温度３００℃以上での物理気相堆積によって上記β−ＦｅＳｉ２相材料を得ることを含む、上記〈１〉〜〈５〉項のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材の製造方法。
〈１５〉ＦｅＳｉ２相材料を３００℃以上の温度に加熱して、ＦｅＳｉ２相からβ−ＦｅＳｉ２相への転移を行わせることを含む、上記〈１〉〜〈５〉項のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の新規な太陽光−熱変換部材は、数百ｎｍの波長の可視光に対しては吸収率が高く、かつ数千ｎｍの波長の赤外光に対しては吸収率が小さく、それによって数百ｎｍの波長の可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ない。したがって、本発明の新規な太陽光−熱変換部材によれば、太陽光を効率的に吸収して熱を得、かつ熱輻射による放熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、太陽光のスペクトル（約５５００℃の黒体放射温度での熱輻射スペクトル）と、太陽光−熱変換装置で容易に得られる温度である約５８０℃での熱輻射スペクトルとの関係を示す図である。
【図２】図２は、実施例１において基板温度６００℃及び室温（２４℃）で成膜したＭｏ膜の、（ａ）透過率及び反射率のスペクトル、並びに（ｂ）吸収率のスペクトルを示す図である。
【図３】図３は、実施例１において基板温度６００℃及び室温（２４℃）で成膜したＦｅＳｉ２膜の、（ａ）透過率及び反射率のスペクトル、並びに（ｂ）吸収率のスペクトルを示す図である。
【図４】図４は、実施例１において基板温度６００℃及び室温（２４℃）で成膜したＦｅＳｉ２膜についてのＸ線回折分析結果を示す図である。
【図５】図５は、実施例２において計算によって得た、（ａ）積層体１−１〜１−３の反射率スペクトル、及び（ｂ）積層体１−３及び１−４の反射率スペクトルを示す図である。
【図６】図６は、実施例３で得た積層体の、（ａ）構成及び（ｂ）反射率スペクトルを示す図である。
【図７】図７は、実施例４で得た積層体の、（ａ）構成及び（ｂ）断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図である。
【図８】図８は、（ａ）太陽光のスペクトルと約５８０℃での熱輻射スペクトルとの関係、及び（ｂ）実施例４で得た積層体の反射率スペクトルを示す図である。
【図９】図９は、実施例５で得たＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜及びＭｏ−ＳｉＯ２複合材料膜についての透過率及び反射率のスペクトルを示す図である。
【図１０】図１０は、実施例５で得たＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜及びＭｏ−ＳｉＯ２複合材料膜についての吸収率のスペクトルを示す図である。
【図１１】図１１は、実施例６で得た積層体の、（ａ）構成及び（ｂ）断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図である。
【図１２】図１２は、（ａ）太陽光のスペクトルと約５８０℃での熱輻射スペクトルとの関係、及び（ｂ）実施例６で得た積層体の反射率スペクトルを示す図である。
【図１３】図１３は、実施例７で得た積層体の、（ａ）構成及び（ｂ）断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図である。
【図１４】図１４は、（ａ）太陽光のスペクトルと約５８０℃での熱輻射スペクトルとの関係、及び（ｂ）実施例７で得た積層体の反射率スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（太陽光−熱変換部材）
本発明の太陽光−熱変換部材は、β−ＦｅＳｉ２相材料を含有している。
【００１９】
本件発明者らは、β−ＦｅＳｉ２相材料の光学特性について、数百ｎｍの波長の可視光に対しては吸収率が大きく、かつ数千ｎｍの波長の赤外光に対しては吸収率が小さいことを明らかにした。したがって、このようなβ−ＦｅＳｉ２相材料を含有する本発明の太陽光−熱変換部材によれば、太陽光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ熱輻射による放熱を抑制することができる。
【００２０】
本発明に関して、β−ＦｅＳｉ２相材料は、含有されるＦｅ及びＳｉの少なくとも一部、特に実質的な部分が、β−ＦｅＳｉ２相を構成している材料を意味している。また特に、本発明に関して、β−ＦｅＳｉ２相材料は、含有されるＦｅ及びＳｉが、Ｘ線回折分析で分析したときにβ−ＦｅＳｉ２相の存在が確認される程度に、β−ＦｅＳｉ２相を構成している材料を意味している。
【００２１】
〈太陽光−熱変換部材（組成）〉
本発明の太陽光−熱変換部材は、任意の割合で、β−ＦｅＳｉ２相材料を含有していてよく、例えば１０ｖｏｌ％以上、２０ｖｏｌ％以上、３０ｖｏｌ％以上、４０ｖｏｌ％以上、５０ｖｏｌ％以上、６０ｖｏｌ％以上、７０ｖｏｌ％以上、８０ｖｏｌ％以上、９０ｖｏｌ％以上、９５ｖｏｌ％以上の割合で、β−ＦｅＳｉ２相材料を含有していてよい。また、この割合は例えば、１００ｖｏｌ％未満、９５ｖｏｌ％以下、９０ｖｏｌ％以下、８０ｖｏｌ％以下、７０ｖｏｌ％以下、６０ｖｏｌ％以下、５０ｖｏｌ％以下、４０ｖｏｌ％以下、又は３０ｖｏｌ％以下であってよい。
【００２２】
本発明の太陽光−熱変換部材は、実質的にβ−ＦｅＳｉ２相材料のみからなっていてよく、したがって例えばβ−ＦｅＳｉ２相材料が、８０ｖｏｌ％以上、９０ｖｏｌ％以上、９５ｖｏｌ％以上の割合であってよい。
【００２３】
また、本発明の太陽光−熱変換部材は、β−ＦｅＳｉ２相材料と他の材料との複合材料であってよい。
【００２４】
具体的には例えば、本発明の太陽光−熱変換部材では、β−ＦｅＳｉ２相材料が粒子状であり、且つこのβ−ＦｅＳｉ２相材料の粒子が無機材料のマトリックス中に分散していてよい。
【００２５】
この場合には、マトリックスとしての無機材料によって、β−ＦｅＳｉ２相材料と他の材料との反応を抑制することができる。また、この場合には、マトリックスとしての無機材料によって、本発明の太陽光−熱変換部材の屈折率等を調節することができる。
【００２６】
マトリックスとしての無機材料として使用できる材料としては、β−ＦｅＳｉ２相材料の粒子を分散させて保持できる任意の材料を用いることができ、具体的には金属又は半金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を用いることができる。
【００２７】
〈太陽光−熱変換部材（形態）〉
本発明の太陽光−熱変換部材は、主に任意の形態で用いることができ、例えば膜状、筒状、板状の形態で用いることができ、特に膜状の形態で用いることができる。
【００２８】
本発明の太陽光−熱変換部材を膜状の形態で用いる場合、その膜厚は、１ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上であってよい。また、その膜厚は、１０μｍ以下、５μｍ以下、１μｍ以下、又は５００ｎｍ以下であってよい。
【００２９】
〈太陽光−熱変換部材（製造方法）〉
本発明の太陽光−熱変換部材は、任意の方法で得ることができる。また、本発明の太陽光−熱変換部材で用いているβ−ＦｅＳｉ２相材料自体は公知であり、例えば半導体材料として（特開平１０−１５３７０４号公報）、また光ディスク、カメラ、レーザープリンタ等の光学機器のための光吸収体の光吸収層として（特開２００４−３０３８６８号公報）考慮されているので、β−ＦｅＳｉ２相材料の製造においてはこれらの分野の技術を参照することができる。
【００３０】
本発明の太陽光−熱変換部材のβ−ＦｅＳｉ２相材料は例えば、基材温度３００℃以上、４００℃以上、又は５００℃以上での物理気相堆積（ＰＶＤ）、特にスパッタリングによって得ることができる。ここで、基材温度が比較的高いことは、β−ＦｅＳｉ２相を形成するために好ましい。また、基材温度は例えば、１０００℃以下、９００℃以下、８００℃以下、又は７００℃以下にすることができる。
【００３１】
また、本発明の太陽光−熱変換部材のβ−ＦｅＳｉ２相材料は例えば、ＦｅＳｉ２相材料、例えば基材上に堆積させた膜状のＦｅＳｉ２相材料を、３００℃以上、４００℃以上、又は５００℃以上の温度に加熱して、ＦｅＳｉ２相からβ−ＦｅＳｉ２相への転移を行わせることを含む方法によって得ることができる。
【００３２】
（太陽光−熱変換積層体）
本発明の太陽光−熱変換積層体は、膜状である本発明の太陽光−熱変換部材の１又は複数の層と、無機材料の１又は複数の層とが、積層されてなる。
【００３３】
本発明の太陽光−熱変換部材の層を２以上用いる場合、太陽光−熱変換部材に含有されるβ−ＦｅＳｉ２相材料の割合を変更すること、β−ＦｅＳｉ２相材料と共に太陽光−熱変換部材に含有される材料を変更することと等によって、太陽光−熱変換部材の層の特性、特に屈折率等の光学的特性を調節することができる。
【００３４】
このような本発明の太陽光−熱変換積層体では、太陽光−熱変換積層体を構成する各層の間の干渉を利用して、数百ｎｍの波長の可視光に対する吸収率を更に大きくすることができる。具体的には、干渉を利用して可視光に対する吸収率を大きくするためには、異なる層の表面で反射される光の光路差が、可視光の波長（例えば５５０ｎｍ）のｎ＋１／２倍（両方層の表面の反射で位相が１／２波長ずれる場合、又は両方層の表面の反射で位相がずれない場合）、又は可視光の波長（例えば５５０ｎｍ）のｎ倍（一方の層の表面の反射でのみ位相が１／２波長ずれる場合）になるようにすることができる（ｎは０又は正の整数）。
【００３５】
なお、この場合、光路差が、赤外光（数千ｎｍの波長）の波長のｎ＋１／２倍又はｎ倍にならないようにすることによって、赤外光に対しては干渉が起こらないようにすることができる。
【００３６】
また、このような本発明の太陽光−熱変換積層体の他の態様では、無機材料の１又は複数の層によって、β−ＦｅＳｉ２相材料と他の材料との反応を抑制することができる。
【００３７】
無機材料の１又は複数の層のために使用できる無機材料は、意図する用途に応じて任意に選択することができ、具体的には金属又は半金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物を用いることができる。
【００３８】
金属層；酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層；及び太陽光−熱変換部材の層を、この順序で、基材上に直接に又は他の層を介して積層させることによって、金属層とβ−ＦｅＳｉ２相材料との間の反応を抑制しつつ、金属層による光の反射、吸収等の光学特性を提供することができる。ここで、この金属層としては、モリブデン（Ｍｏ）層、タングステン（Ｗ）層、銀（Ａｇ）層、金（Ａｕ）層、銅（Ｃｕ）層等、特にモリブデン（Ｍｏ）層を用いることができる。また、酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層を用いることができる。
【００３９】
（太陽光−熱変換装置）
本発明の太陽光−熱変換装置は、本発明の太陽光−熱変換部材の層又は本発明の太陽光−熱変換積層体、集光部、熱媒体、並びに熱媒体のための容器及び／又は流路を有し、この容器及び／又は流路の表面に、太陽光−熱変換積層体がコーティングされており、熱媒体が容器及び／又は流路内に収容されており、かつ集光部によって容器及び／又は流路に太陽光を集光し、集光した太陽光によって容器及び／又は流路内の熱媒体を加熱する。
【００４０】
本発明の太陽光−熱変換部材の層又は太陽光−熱変換積層体によれば、太陽光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ加熱された容器及び／又は流路からの熱輻射による放熱を抑制することができる。したがって、本発明の太陽光−熱変換装置によれば、太陽光によって効率的に熱媒体を加熱することができる。
【００４１】
本発明の太陽光−熱変換装置は、熱媒体を３００℃以上、４００℃以上、５００℃以上に加熱するために用いることができる。また、この熱媒体を加熱温度は、例えば１１００℃以下、１０００℃以下、９００℃以下、８００℃以下、又は７００℃以下にすることができる。
【００４２】
本発明の太陽光−熱変換装置で用いられる集光部は、任意のタイプの集光部であってよく、例えばパラボリック・ディッシュ型、ソーラータワー型、パラボリック・トラフ型、フレネル型、又はリニアフレネル型であってよい。
【００４３】
本発明の太陽光−熱変換装置で用いられる容器及び／又は流路は、熱媒体を収容できる任意の容器及び／又は流路であってよく、例えばこの流路としてパイプを用い、その中に熱媒体を流通させることができる。
【００４４】
（太陽熱発電装置）
本発明の太陽熱発電装置は、本発明の太陽光−熱変換装置、及び発電機を有し、太陽光−熱変換装置によって、容器及び／又は流路内の熱媒体を加熱し、かつ加熱された熱媒体の熱エネルギーを発電機で利用して、電力を発生させる。
【００４５】
本発明の太陽光−熱変換装置によれば、太陽光によって効率的に熱媒体を加熱することができる。したがって、本発明の太陽熱発電装置によれば、太陽熱による発電を効率的に行うことができる。
【００４６】
本発明の太陽熱発電装置の発電機において電力を発生させるためには、任意の機構を用いることができる。したがって、例えば加熱された熱媒体によって水、アンモニアのような蒸発媒体を蒸発させ、その蒸気で、発電機の蒸気タービンを回転させることによって、電力を発生させることができる。
【実施例】
【００４７】
実施例１〜４においては、実質的にβ−ＦｅＳｉ２相材料からなるβ−ＦｅＳｉ２単相膜、及びこの単相膜を有する積層体について、実質的にＭｏからなるＭｏ単相膜、及びこの単相膜を有する積層体と比較して評価した。また実施例５〜７においては、β−ＦｅＳｉ２相材料及びＳｉＯ２を含有するβ−ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜、及びこの複合材料膜を有する積層体について、Ｍｏ及びＳｉＯ２を含有するＭｏ−ＳｉＯ２複合材料膜、及びこの複合材料膜を有する積層体と比較して評価した。
【００４８】
〈実施例１〉Ｍｏ膜及びＦｅＳｉ２膜の光学特性の検証
Ｍｏ膜及びＦｅＳｉ２膜をそれぞれスパッタリング法により成膜し、これらの膜の透過率、反射率及び吸収率のスペクトルを評価した。具体的には、Ｍｏ膜及びＦｅＳｉ２膜の成膜、及び評価は下記のようにして行った。
【００４９】
（Ｍｏ膜及びＦｅＳｉ２膜の成膜）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃又は室温（２４℃）に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。ターゲットにはそれぞれ、金属Ｍｏ及びβ−ＦｅＳｉ２を使用した。また、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。成膜時間はそれぞれ３０分間とした。
【００５０】
得られた膜厚は、Ｍｏ膜では約１６０ｎｍであり、ＦｅＳｉ２膜では約９０ｎｍであった。
【００５１】
（評価）
基板温度６００℃及び室温（２４℃）で成膜したＭｏ膜及びＦｅＳｉ２膜の透過率、反射率及び吸収率のスペクトルを評価した。Ｍｏ膜についての評価結果を図２に示しており、またＦｅＳｉ２膜についての評価結果を図３に示している。
【００５２】
なお、図２（ｂ）及び図３（ｂ）の吸収率についてのグラフは、図２（ａ）及び図３（ａ）の透過率及び反射率のグラフから、下記の関係に基づいて求めている：
（吸収率（％））＝１００％−（透過率（％））−（反射率（％））
【００５３】
図２及び３から明らかなように、室温成膜の場合、Ｍｏ膜とＦｅＳｉ２膜との間で透過率、反射率及び吸収率について大きな差がなかった。
【００５４】
これに対して、図２及び３から明らかなように、６００℃成膜の場合、Ｍｏ膜とＦｅＳｉ２膜との間で透過率、反射率及び吸収率について大きな差があった。
【００５５】
具体的には、６００℃成膜の場合、ＦｅＳｉ２膜の吸収率スペクトルは、可視光付近では高い吸収率を示す一方で、１２００ｎｍ付近で急激に吸収率が低下して、近赤外域ではかなり低い吸収率を示している。すなわち、６００℃成膜の場合のＦｅＳｉ２膜は、数百ｎｍの波長の可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ないことが理解される。
【００５６】
６００℃及び室温にて成膜されたＦｅＳｉ２の膜についてのＸ線回折分析（薄膜法（θ＝１．５°））結果を図４に示している。この図４からは、６００℃で成膜したＦｅＳｉ２の膜がβ相のＦｅＳｉ２膜であること、及び室温（２４℃）で成膜したＦｅＳｉ２の膜がアモルファスのＦｅＳｉ２膜であることが理解される。
【００５７】
したがって、これらの結果からは、アモルファスのＦｅＳｉ２膜ではなく、β−ＦｅＳｉ２膜が、太陽光−熱変換に関して好ましい特性を有すること、及び高温でのスパッタリングによってβ−ＦｅＳｉ２膜が得られることが理解される。
【００５８】
〈実施例２〉ＦｅＳｉ２層を有する積層体の光学特性の検証
下記の積層体１−１〜１−４について、各層の光学定数に基づいて、反射率スペクトルを計算によって求めた。
【００５９】
【表１】
【００６０】
計算によって得られた積層体１−１〜１−３の反射率スペクトルを図５（ａ）に示す。また、計算によって得られた積層体１−３及び１−４の反射率スペクトルを図５（ｂ）に示す。
【００６１】
図５（ａ）からは、光吸収層としてＭｏ層を用いる積層体１−１及び１−２（比較例）と比較して、光吸収層としてβ−ＦｅＳｉ２層を用いる積層体１−３（本発明）は、数百ｎｍの波長の可視光〜近赤外領域において、反射率が小さく、かつ１１００ｎｍ付近で急激に反射率が増加して、数千ｎｍの波長の赤外領域において反射率が大きくなっていることが分かる。
【００６２】
ここで、不透明材料、すなわち透過率が０％である材料については、吸収率と反射率とが下記の関係を有することから、図５において反射率が大きいことは吸収率が小さいことを意味しており、また反射率が小さいことは吸収率が大きいことを意味している：
（吸収率（％））＝１００％−（反射率（％））
【００６３】
したがって、図５（ａ）からは、光吸収層としてＭｏ層を用いる積層体１−１及び１−２（比較例）と比較して、光吸収層としてβ−ＦｅＳｉ２層を用いる積層体１−３（本発明）は、数百ｎｍの波長の可視光〜近赤外領域において、吸収率が大きく、かつ１１００ｎｍ付近で急激に吸収率が低下して、数千ｎｍの波長の赤外領域において吸収率が小さくなっていることが分かる。すなわち、この図５からは、光吸収層としてβ−ＦｅＳｉ２層を用いる積層体１−３（本発明）は、可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ないことが理解される。
【００６４】
なお、図５（ｂ）は、光吸収層として１つのβ−ＦｅＳｉ２層を用いる積層体１−３（本発明）、及び光吸収層として２つのβ−ＦｅＳｉ２層を用いる積層体１−４（本発明）についての反射率スペクトルを表している。この図５（ｂ）からは、吸収層として２つのβ−ＦｅＳｉ２層を用いることによって、吸収率が急激に低下する波長を１１００ｎｍ付近から１５００ｎｍ付近にシフトさせることが可能であることが分かった。このように吸収率が急激に低下する波長を１５００ｎｍ付近にシフトさせると、近赤外領域の吸収率を大きくすることができ、それによって太陽光の吸収率を更に高めることが可能になる。
【００６５】
〈実施例３〉Ｍｏ膜上に直接にＦｅＳｉ２膜が積膜された構成の問題点
下記のようにして、基材上にＭｏ膜が直接に積層されており、このＭｏ膜状にＦｅＳｉ２膜が直接に積層されている積層体を得た。すなわち、図６（ａ）に示すような構成を有する積層体を得た。
【００６６】
（積層体の製造）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【００６７】
Ｍｏターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。Ｍｏ膜の膜厚を約１００ｎｍとするために、成膜時間は１９分間とした。
【００６８】
その後、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。Ｍｏ膜上のβ−ＦｅＳｉ２膜の膜厚を約３０ｎｍとするために、成膜時間は１０分間とした。
【００６９】
（評価）
上記のようにして得た積層体、すなわち図６（ａ）に示す構成を有する積層体の反射率スペクトルを測定し、図６（ｂ）に「実測値」として示している。
【００７０】
また、この反射率スペクトルの実測値と併せて、ＦｅＳｉ２膜とＭｏ膜との間で反応が生じていないとした場合の積層体（ＦｅＳｉ２：３０ｎｍ、Ｍｏ：１００ｎｍ）、及びＦｅＳｉ２膜とＭｏ膜とが部分的に反応してＭｏ３Ｓｉ膜を生じているとした場合の積層体（ＦｅＳｉ２：１５ｎｍ、Ｍｏ３Ｓｉ：４０ｎｍ、及びＭｏ：８０ｎｍ）について、反射率スペクトルの計算値を図６（ｂ）に示している。
【００７１】
図６（ｂ）からは、反射率スペクトルの実測値は、ＦｅＳｉ２膜とＭｏ膜との間で反応が生じていないとした場合の積層体（ＦｅＳｉ２：３０ｎｍ、Ｍｏ：１００ｎｍ）についての反射率スペクトルの計算値よりも、ＦｅＳｉ２膜とＭｏ膜とが部分的に反応してＭｏ３Ｓｉ膜を生じているとした場合の積層体（ＦｅＳｉ２：１５ｎｍ、Ｍｏ３Ｓｉ：４０ｎｍ、及びＭｏ：８０ｎｍ）についての反射率スペクトルの計算値に近いことが理解される。すなわち、図６（ｂ）からは、Ｍｏ膜上にＦｅＳｉ２膜を直接に積層させる場合には、ＦｅＳｉ２膜とＭｏ膜とが部分的に反応してＭｏ３Ｓｉ膜を生じていることが理解される。
【００７２】
したがって、この結果からは、Ｍｏ膜とＦｅＳｉ２膜との間にこれらの膜の間の反応を抑制する材料のバリア膜、例えばＳｉＯ２層などの無機材料膜を提供することが好ましいことが理解される。
【００７３】
〈実施例４〉ＦｅＳｉ２膜及びＭｏ膜を有する積層体の光学特性の検証
図７（ａ）で示す構成を有する積層体をスパッタリング法により成膜し、この膜の反射率スペクトルを評価した。具体的には、ＦｅＳｉ２膜及びＭｏ膜を有する積層体の成膜、及び評価は下記のようにして行った。
【００７４】
（Ｍｏの膜及びＦｅＳｉ２の膜の成膜）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【００７５】
Ｍｏ膜の成膜では、Ｍｏターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。ＳｉＯ２膜の成膜では、ＳｉＯ２ターゲット及び高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。ＦｅＳｉ２膜の成膜では、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。成膜時間は、図７及び下記の表２で示す各層の厚さが得られるように調節した。
【００７６】
【表２】
【００７７】
得られた積層体の断面構造を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した結果、各層の膜厚は設定した値に近く、かつ各層が平坦な表面を有していることが確認された。
【００７８】
（評価）
得られた積層体の反射率スペクトルを評価した。評価結果を、太陽光及び５８０℃での熱輻射スペクトルと併せて図８に示している。
【００７９】
図８で示されているように、この積層体では、波長３００〜１４００ｎｍの可視光〜近赤外領域では反射率が１０％以下と低い。またこの積層体では、１４００ｎｍを超える長波長側では反射率が急峻に立ち上がり、それによって波長３０００ｎｍ以上では９０％以上の反射率を有している。なお、これらの波長範囲では、積層体の透過率はほぼゼロであるので、吸収率は下記の式で表すことができる：
（吸収率（％））＝１００％−（反射率（％））
【００８０】
したがって、図８からは、この積層体が、可視光〜近赤外領域では吸収率が高く、かつ数百℃（例えば５８０℃）の温度での熱輻射に対応する長波長領域では、吸収率が低いことが理解される。数百℃の温度での熱輻射に対応する長波長領域において吸収率が低いことは、この温度での輻射率が小さいことを意味している。すなわち、図８からは、この積層体が、数百ｎｍの波長の可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度において熱輻射による放熱が少ないことが理解される。
【００８１】
図８に示す反射率スペクトルから、太陽光の吸収性能を示す吸収率αを求めると、８９．６％となり、また輻射熱としての損失性能を示す放射率ε（５８０℃）を求めると６．６２％になった。また、このα及びεより、５８０℃における光−熱変換効率ηを算出すると、８０．０％となった。
【００８２】
なお、本発明に関して、太陽光の吸収性能を示す吸収率α、輻射熱としての損失性能を示す放射率ε（５８０℃）、及び光−熱変換効率ηは下記のようなものである。
【００８３】
（太陽光の吸収性能を示す吸収率α）
吸収率αは、ＪＩＳ Ｒ３１０６に定義されている日射吸収率を意味し、分光吸収率α（λ）に対して太陽光スペクトル分布に基づく重価係数Ｅλ・λΔを乗じた加重平均として、次式により求めた。
【００８４】
【数１】
α（λ）： 分光吸収率
Ｅλ： 直達日射相対値の標準スペクトル分布
Ｅλ・λΔ： 重価係数（ＪＩＳ Ｒ３１０６）
【００８５】
（輻射熱としての損失性能を示す放射率ε（５８０℃））
放射率ε（５８０℃）は、分光吸収率α（λ）に対してプランクの式に基づく５８０℃での輻射スペクトルＢ５８０℃（λ）を乗じた加重平均として、次式により求めた。
【００８６】
【数２】
α（λ）： 分光吸収率
ｃ： 光速
ｈ： プランク定数
ｋ： ボルツマン定数
Ｔ： 絶対温度（５８０℃＝８５３Ｋ）
【００８７】
（光−熱変換効率η）
上記により求めた吸収率α及び放射率εをもとに、特許文献１にて定義されている次式により光−熱変換効率ηを求めた。
【００８８】
【数３】
σ： ステファン−ボルツマン定数
Ｔ： 絶対温度
Ｃ： 集光度
Ｉ： 太陽光強度（ＡＭ１．５）
【００８９】
〈実施例５〉ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の光学特性の検証
マトリックスとしてのＳｉＯ２中にＦｅＳｉ２が分散しているＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜（サーセミ膜（Ｃｅｒａｍｉｃ＋Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ＝Ｃｅｒｓｅｍｉ））、及びマトリックスとしてのＳｉＯ２中にＭｏが分散しているＭｏ−ＳｉＯ２複合材料膜（サーメット膜（Ｃｅｒａｍｉｃ＋Ｍｅｔａｌ＝Ｃｅｒｍｅｔ））をそれぞれスパッタリング法により成膜し、これらの膜の透過率、反射率及び吸収率のスペクトルを評価した。具体的には、これらの複合材料膜の成膜、及び評価は下記のようにして行った。
【００９０】
（ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の成膜及び評価）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【００９１】
ターゲットとしては、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。β−ＦｅＳｉ２ターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力１００Ｗでプラズマを生成させた。
【００９２】
ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約１００ｎｍにするために、成膜時間は２０分間とした。
【００９３】
Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）分析の結果、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は６１ｖｏｌ％であった。なお、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２ナノ粒子は、マトリックスであるＳｉＯ２のケイ素とは反応しておらず、また酸化もされておらず、したがってＦｅＳｉ２の状態を維持していた。
【００９４】
得られたＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜についての透過率及び反射率のスペクトルを図９（ａ）に示す。また、この複合材料膜についての吸収率スペクトルを図１０に示す。なお、図１０の吸収率スペクトルは、図９（ａ）の透過率及び反射率のスペクトルから、下記の関係に基づいて求めている：
（吸収率（％））＝１００％−（透過率（％））−（反射率（％））
【００９５】
（Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜の成膜及び評価）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【００９６】
ターゲットとしては、Ｍｏターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。Ｍｏターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力２０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。
【００９７】
Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約８０ｎｍとするために、成膜時間は１８分間とした。
【００９８】
また、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）分析の結果、Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜中のＭｏの割合は５４ｖｏｌ％であった。なお、Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜中のＭｏナノ粒子は、成膜過程においてマトリックスであるＳｉＯ２のケイ素と反応して、部分的にシリサイド化していた。
【００９９】
得られたＭｏ−ＳｉＯ２複合材料膜についての透過率及び反射率のスペクトルを図９（ｂ）に示す。また、この複合材料膜についての吸収率スペクトルを図１０に示す。なお、図１０の吸収率スペクトルは、図９（ｂ）の透過率及び反射率のスペクトルから、下記の関係に基づいて求めている：
（吸収率（％））＝１００％−（透過率（％））−（反射率（％））
【０１００】
（評価結果についての検討）
図１０に示す吸収率スペクトルから、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜では、Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜と比較して、可視光付近の吸収率が高く、かつ近赤外領域での吸収率の変化が急激であることが分かる。また、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜では、Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜と比較して、膜厚が若干厚いにも関わらず、長波長領域での吸収率が低いことが理解される。これは、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜が、Ｍｏ−ＳｉＯ２複合材料膜と比較して、可視光を効率的に吸収して熱に変換し、かつ数百℃の温度での熱輻射による放熱が少ないことを意味している。
【０１０１】
なお、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は、ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットに供給する電力によって制御できる。例えば、ＳｉＯ２ターゲットに高周波（ＲＦ）電力２００Ｗを供給しつつ、ＦｅＳｉ２ターゲットに供給する直流（ＤＣ）電力を、１０Ｗ、３０Ｗ、及び５０Ｗと変えることによって、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合を、８ｖｏｌ％、３１ｖｏｌ％、及び４６ｖｏｌ％に制御することができた。
【０１０２】
〈実施例６〉ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜を有する積層体の光学特性の検証（１）
図１１で示す積層体をスパッタリング法により成膜し、この膜の吸収率のスペクトルを評価した。具体的には、積層体の成膜、及び評価は下記のようにして行った。
【０１０３】
（積層体の成膜）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【０１０４】
Ｍｏ膜の成膜では、Ｍｏターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。Ｍｏ膜の膜厚を約１００ｎｍとするために、成膜時間は２０分間とした。
【０１０５】
基材側のＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜（ＦｅＳｉ２：６１ｖｏｌ％）の成膜では、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。β−ＦｅＳｉ２ターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力１００Ｗでプラズマを生成させた。ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約５０ｎｍにするために、成膜時間は１１分間とした。
【０１０６】
ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は６１ｖｏｌ％であった。
【０１０７】
外側のＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜（ＦｅＳｉ２：８ｖｏｌ％）の成膜では、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。β−ＦｅＳｉ２ターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力１０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約４５ｎｍとするために、成膜時間を１９分間とした。
【０１０８】
ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は８ｖｏｌ％であった。
【０１０９】
最表面のＳｉＯ２膜の成膜では、ＳｉＯ２ターゲットを用いた。ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。ＳｉＯ２膜の膜厚を約４５ｎｍとするために、成膜時間は５５分間とした。
【０１１０】
得られた積層体の断面構造を走査型電子顕微鏡によって観察した結果、図１１（ｂ）で示すように、各層の膜厚は設定した値に近く、かつ各層が平坦な表面を有していることが確認された。
【０１１１】
（評価）
得られた積層体の反射率スペクトルを評価した。評価結果を図１２に示している。
【０１１２】
図１２で示されているように、この積層体では、波長１３００ｎｍ以下の可視光〜近赤外領域では反射率が約１０％以下と低い。またこの積層体では、それよりも長波長側では反射率が急峻に立ち上がり、それによって波長３０００ｎｍ以上では９０％以上の反射率を有している。
【０１１３】
図１２に示す反射率スペクトルによれば、太陽光の吸収性能を示す吸収率αは９１．５％、輻射熱としての損失性能を示す放射率ε（５８０℃）は７．２６％、５８０℃における光−熱変換効率ηは８０．６％であった。この光−熱変換効率ηは、実施例４の積層体での値よりも大きかった。
【０１１４】
〈実施例７〉ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜を有する積層体の光学特性の検証（２）
図１３で示す積層体をスパッタリング法により成膜し、この膜の光吸収率スペクトルを評価した。具体的には、積層体の成膜、及び評価は下記のようにして行った。
【０１１５】
（積層体の成膜）
石英ガラス（縦３０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を基板として用い、基板温度を６００℃に設定した。スパッタリング時の雰囲気は、Ａｒ雰囲気（流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ）とした。
【０１１６】
Ｍｏ膜の成膜では、Ｍｏターゲット及び直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。Ｍｏ膜の膜厚を約１００ｎｍとするために、成膜時間は２０分間とした。
【０１１７】
基材側のＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜（ＦｅＳｉ２：５４ｖｏｌ％）の成膜では、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。β−ＦｅＳｉ２ターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力５０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力９０Ｗでプラズマを生成させた。ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約５５ｎｍとするために、成膜時間は１２分間とした。
【０１１８】
ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は５４ｖｏｌ％であった。
【０１１９】
外側のＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜（ＦｅＳｉ２：１０ｖｏｌ％）の成膜では、β−ＦｅＳｉ２ターゲット及びＳｉＯ２ターゲットを用いた。β−ＦｅＳｉ２ターゲットには、直流（ＤＣ）電源を用いて、スパッタ電力１０Ｗでプラズマを生成させた。また、ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の膜厚を約５５ｎｍとするために、成膜時間は２１分間とした。
【０１２０】
ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜中のＦｅＳｉ２の割合は１０ｖｏｌ％であった。
【０１２１】
最表面のＳｉＯ２膜の成膜では、ＳｉＯ２ターゲットを用いた。ＳｉＯ２ターゲットには、高周波電流（ＲＦ）電源を用いて、スパッタ電力２００Ｗでプラズマを生成させた。ＳｉＯ２膜の膜厚を約１２ｎｍとするために、成膜時間は１５分間とした。
【０１２２】
なお、この実施例では、ＳｉＯ２ターゲットの厚さが実施例６と異なっており、それによってＳｉＯ２の成膜速度が大きくなっていた。
【０１２３】
得られた積層体に対して、真空中（圧力５Ｐａ以下）において、７５０℃で１時間にわたって熱処理を行った。
【０１２４】
熱処理の前後の積層体の断面構造を走査型電子顕微鏡によって観察した結果、図１３（ｂ）で示すように、各層が平坦な表面を有していることが確認された。ただし、ただし、基材側及び外側のＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の厚さはいずれも、熱処理によって、約５５ｎｍから約５０ｎｍに減少していた。また、ＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜では、ＦｅＳｉ２粒子が結晶成長して粒子径が大きくなっていた。このＦｅＳｉ２−ＳｉＯ２複合材料膜の厚さの減少は、ＦｅＳｉ２粒子が結晶成長したことに伴うものであると考えられる。なお、最表面のＳｉＯ２膜の厚さはわずかに増加していた。
【０１２５】
（評価）
熱処理の前後の積層体の反射率スペクトルを評価した。評価結果を図１４に示している。
【０１２６】
図１４で示されているように、この積層体では、熱処理によって、波長約１３００ｎｍでの反射率の増加がさらに急激になっている。
【０１２７】
図１４に示す反射率スペクトルによれば、太陽光の吸収性能を示す吸収率αは、熱処理前が９０．６％であり、熱処理後が９１．２％であった。輻射熱としての損失性能を示す放射率ε（５８０℃）は、熱処理前が７．３８％であり、熱処理後が６．４６％であった。光−熱変換効率ηは、熱処理前が７９．７％であり、熱処理後が８１．７％であった。すなわち、熱処理によって光−熱変換効率ηが改良された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
β−ＦｅＳｉ２相材料を含有している、太陽光−熱変換部材。
【請求項２】
前記β−ＦｅＳｉ２相材料が９５ｖｏｌ％以上である、請求項１に記載の太陽光−熱変換部材。
【請求項３】
前記β−ＦｅＳｉ２相材料が粒子状であり、且つ前記β−ＦｅＳｉ２相材料の粒子が無機材料のマトリックス中に分散している、請求項１に記載の太陽光−熱変換部材。
【請求項４】
膜状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材。
【請求項５】
１ｎｍ〜１０μｍの厚さの膜状である、請求項４に記載の太陽光−熱変換部材。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の太陽光−熱変換部材の１又は複数の層と、無機材料の１又は複数の層とが、積層されている、太陽光−熱変換積層体。
【請求項７】
最外層が、酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層である、請求項６に記載の太陽光−熱変換積層体。
【請求項８】
金属層；
酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層；及び
前記太陽光−熱変換部材の層
が、この順序で、基材上に直接に又は他の層を介して積層されている、請求項６又は７に記載の太陽光−熱変換積層体。
【請求項９】
前記金属層がＭｏ層であり、かつ前記酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層がＳｉＯ２層である、請求項８に記載の太陽光−熱変換積層体。
【請求項１０】
請求項４又は５に記載の太陽光−熱変換部材の層又は請求項６〜９のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換積層体、
集光部、
熱媒体、並びに
前記熱媒体のための容器及び／又は流路
を有し、
前記容器及び／又は流路の表面に、前記太陽光−熱変換部材の層又は前記太陽光−熱変換積層体がコーティングされており、
前記熱媒体が前記容器及び／又は流路内に収容されており、かつ
前記集光部によって前記容器及び／又は流路に光を集光し、集光した光によって前記容器及び／又は流路内の前記熱媒体を加熱する、
太陽光−熱変換装置。
【請求項１１】
前記熱媒体を３００℃〜９００℃の温度に加熱する、請求項１０に記載の太陽光−熱変換装置。
【請求項１２】
前記集光部が、パラボリック・ディッシュ型、ソーラータワー型、パラボリック・トラフ型、フレネル型、又はリニアフレネル型である、請求項１０又は１１に記載の太陽光−熱変換装置。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換装置、及び発電機を有し、
前記太陽光−熱変換装置によって、前記容器及び／又は流路内の熱媒体を加熱し、かつ
加熱された前記熱媒体の熱エネルギーを前記発電機で利用して、電力を発生させる、
太陽熱発電装置。
【請求項１４】
基材温度３００℃以上での物理気相堆積によって前記β−ＦｅＳｉ２相材料を得ることを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材の製造方法。
【請求項１５】
ＦｅＳｉ２相材料を３００℃以上の温度に加熱して、ＦｅＳｉ２相からβ−ＦｅＳｉ２相への転移を行わせることを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材の製造方法。
【請求項１】
β−ＦｅＳｉ２相材料を含有している、太陽光−熱変換部材。
【請求項２】
前記β−ＦｅＳｉ２相材料が９５ｖｏｌ％以上である、請求項１に記載の太陽光−熱変換部材。
【請求項３】
前記β−ＦｅＳｉ２相材料が粒子状であり、且つ前記β−ＦｅＳｉ２相材料の粒子が無機材料のマトリックス中に分散している、請求項１に記載の太陽光−熱変換部材。
【請求項４】
膜状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材。
【請求項５】
１ｎｍ〜１０μｍの厚さの膜状である、請求項４に記載の太陽光−熱変換部材。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の太陽光−熱変換部材の１又は複数の層と、無機材料の１又は複数の層とが、積層されている、太陽光−熱変換積層体。
【請求項７】
最外層が、酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層である、請求項６に記載の太陽光−熱変換積層体。
【請求項８】
金属層；
酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層；及び
前記太陽光−熱変換部材の層
が、この順序で、基材上に直接に又は他の層を介して積層されている、請求項６又は７に記載の太陽光−熱変換積層体。
【請求項９】
前記金属層がＭｏ層であり、かつ前記酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物の層がＳｉＯ２層である、請求項８に記載の太陽光−熱変換積層体。
【請求項１０】
請求項４又は５に記載の太陽光−熱変換部材の層又は請求項６〜９のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換積層体、
集光部、
熱媒体、並びに
前記熱媒体のための容器及び／又は流路
を有し、
前記容器及び／又は流路の表面に、前記太陽光−熱変換部材の層又は前記太陽光−熱変換積層体がコーティングされており、
前記熱媒体が前記容器及び／又は流路内に収容されており、かつ
前記集光部によって前記容器及び／又は流路に光を集光し、集光した光によって前記容器及び／又は流路内の前記熱媒体を加熱する、
太陽光−熱変換装置。
【請求項１１】
前記熱媒体を３００℃〜９００℃の温度に加熱する、請求項１０に記載の太陽光−熱変換装置。
【請求項１２】
前記集光部が、パラボリック・ディッシュ型、ソーラータワー型、パラボリック・トラフ型、フレネル型、又はリニアフレネル型である、請求項１０又は１１に記載の太陽光−熱変換装置。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換装置、及び発電機を有し、
前記太陽光−熱変換装置によって、前記容器及び／又は流路内の熱媒体を加熱し、かつ
加熱された前記熱媒体の熱エネルギーを前記発電機で利用して、電力を発生させる、
太陽熱発電装置。
【請求項１４】
基材温度３００℃以上での物理気相堆積によって前記β−ＦｅＳｉ２相材料を得ることを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材の製造方法。
【請求項１５】
ＦｅＳｉ２相材料を３００℃以上の温度に加熱して、ＦｅＳｉ２相からβ−ＦｅＳｉ２相への転移を行わせることを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽光−熱変換部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図７】
【図１１】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図７】
【図１１】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１０４６１７（Ｐ２０１３−１０４６１７Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９０１３（Ｐ２０１１−２４９０１３）
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１７３５２２）一般財団法人ファインセラミックスセンター (147)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１７３５２２）一般財団法人ファインセラミックスセンター (147)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
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