热转换构件以及热转换叠层体的制作方法
【专利摘要】本发明的课题是提供能够将光高效地转换成热的热转换构件。本发明的热转换构件，其特征在于，是包含至少1种半导体的热转换构件，半导体的带隙为0.5eV以上、1.2eV以下。
【专利说明】热转换构件从及热转换叠层体
【技术领域】
[0001] 本发明设及热转换构件W及热转换叠层体。
【背景技术】
[0002] 已知将太阳光转换成热，利用该热进行发电的太阳光发电系统。已知在该样的 系统中，由聚光部对太阳光进行聚光，而且利用所会聚的太阳光对容器或流路内的热介质 (油、烙融盐、烙融钢等）进行加热。而且研究了 ：向容器或流路的表面提供被覆物、薄膜等， 利用其促进由会聚的太阳光进行的对热介质的加热。
[0003] 例如，专利文献1曾提出了作为将太阳光转换成热的构件使用金属陶瓷层 (Ceramic+Metal =Cermet)的方案。此外，例如，专利文献2曾提出了一种太阳能收集装 置，其配置于两个部件（section)之间，一方的部件受到太阳光线的作用，另一方的部件与 上述一方的部件隔开间隔，并远离上述的太阳光线，受到热吸收介质的作用，所述收集装置 的特征在于，由被覆有所述的吸收要素的片材料构成，该片材料在朝向受到太阳光线的作 用的上述部件的、上述片的一侧具有太阳光线的选择性涂层，另外，在朝向受到热吸收介质 的作用的上述部件的、上述片的另一侧具有福射性的涂层。
[0004] 在先技术文献 [000引专利文献
[0006] 专利文献1:欧州专利第1397622号说明书
[0007] 专利文献2:特开昭57-55363号公报
【发明内容】
[000引但是，现状是希望促进由会聚的太阳光进行的对热介质的加热，更高效地将光转 换成热。
[0009] 本发明的目的是提供能够将光高效率地转换成热的热转换构件。进而，本发明的 目的是提供包含能够将光高效率地转换成热的热转换构件的热转换叠层体。
[0010] 用于达到上述目的的手段是W下的第（1)项?第（10)项。
[0011] (1) 一种热转换构件，是包含至少1种半导体的热转换构件，该半导体的带隙为 0. 5eV W上、1. 2eV W下。
[0012] (2) -种热转换构件，是包含复合材料的热转换构件，所述复合材料是至少1种半 导体与透明电介质的复合材料，该半导体的带隙为0. 5eV W上、1. 2eV W下。
[001引做根据第（1)项或第似项所述的热转换构件，该半导体包含化S,。
[0014] (4)根据第（1)项或第似项所述的热转换构件，该半导体包含MgsSi。
[0015] (5)根据第（1)项或第（2)项所述的热转换构件，该半导体包含化3AS2。
[0016] 做根据第（1)项或第似项所述的热转换构件，该半导体包含Ge。
[0017] (7)根据第（1)项?第（6)项的任一项所述的热转换构件，其为膜状。
[001引 做根据第（7)项所述的热转换构件，上述膜状为1皿?10 ym的厚度。
[0019] (9) 一种热转换叠层体，是至少层叠包含第（7)项或第（8)项所述的热转换构件的 至少一层、和金属层而成的。
[0020] (10) -种热转换叠层体，是至少金属层、包含第（7)项或第（8)项所述的热转换构 件的至少一层、和透明电介质层按此顺序层叠而成的。
[0021] 根据本发明，能提供能够将光高效率地转换成热的热转换构件。而且，根据本发 明，能提供包含能够将光高效率地转换成热的热转换构件的热转换叠层体。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是表示太阳光的光谱和热福射光的光谱的图。
[0023] 图2是表示作为本发明的热转换叠层体的1个实施方式的热转换叠层体1的剖面 不意图。
[0024] 图3是表示M〇-Si〇2金属陶瓷单层膜（计算）的吸收特性的结果的图。
[0025] 图4是表示Mo-Si化金属陶瓷单层膜（实膜）的吸收特性的结果的图。
[0026] 图5是表示化S2-Si〇2半导体陶瓷单层膜的吸收特性的结果的图。
[0027] 图6是表示Mg2Si-Si化半导体陶瓷单层膜的吸收特性的结果的图。
[002引图7是表示Ge-Si02半导体陶瓷单层膜的吸收特性的结果的图。
[0029] 图8是表示化3As2-Si化半导体陶瓷单层膜的吸收特性的结果的图。
[0030] 图9是表示M〇-Si〇2金属陶瓷单层膜的吸收特性的结果的图。
[0031] 图10是表示集热温度580°C对应的FeS2-Si化半导体陶瓷叠层体的层构成的图。
[0032] 图11是表示集热温度400°C对应的FeS2-Si〇2半导体陶瓷叠层体的层构成的图。 [00 3引图12是表示集热温度580°C对应的化S2-Si02半导体陶瓷叠层体化及Mo-SiO途 属陶瓷叠层体的吸收特性的结果的图。
[0034] 图13是表示集热温度400°C对应的化S2-Si化半导体陶瓷叠层体W及M〇-Si〇2金 属陶瓷叠层体的吸收特性的结果的图。
[00对图14是表示集热温度580°C对应的化S2-Si02半导体陶瓷叠层体化及Mo-SiO途 属陶瓷叠层体的膜效率的结果的图。
[0036] 图15是表示集热温度400°C对应的化S2-Si化半导体陶瓷叠层体W及M〇-Si〇2金 属陶瓷叠层体的膜效率的结果的图。
[0037] 图16是表示集热温度580°C对应的Mo-Si化金属陶瓷叠层体的层构成的图。
[003引图17是表示集热温度400°C对应的M0-Si02金属陶瓷叠层体的层构成的图。
【具体实施方式】
[0039] (1)热转换构件
[0040] 本发明的热转换构件，其特征在于，是包含至少1种半导体的热转换构件，半导体 的带隙为0. 5eV W上、1. 2eV W下。另外，本发明的热转换构件，其特征在于，是包含复合材 料的热转换构件，所述复合材料是至少1种半导体与透明电介质的复合材料，半导体的带 隙为0. 5eV W上、1. 2eV W下。图1是表示太阳光的光谱和热福射光的光谱的图，本发明的 热转换构件，在太阳光的波长为2480nm?lOOOnm(光能；0. 5?1. 2eV)的范围内具有吸收 和非吸收的睹峭的变化，因此能够在抑制从200°C?600°C的热介质的热福射放热的同时， 效率好地吸收太阳光，能够将光高效率地转换成热。如果在波长为2480nm?lOOOnm的范 围内光的吸收率的倾斜度平缓而不具有吸收和非吸收的睹峭的变化，则变得太阳光吸收率 降低W及热福射率增加，导致热能的损失增加。
[0041] 本发明的热转换构件中所包含的至少1种半导体，可W是1种半导体，也可W是2 种W上的半导体的混合物。
[0042] 本发明的热转换构件中所包含的半导体，不作特别限定，可举出例如FeS,、Mg,Si、 ZnsAsg、Ge 等。
[0043] 本发明的热转换构件中所包含的至少1种半导体的带隙为0. 5eV W上、1. 2eV W 下，优选为0. 7eV W上、1. OeV W下。
[0044] 本发明的热转换构件中所包含的复合材料（composite material,也称为复合 材。）的透明电介质，不作特别限定，可举出例如Si〇2、Al2〇3、AlN等，但优选为Si化。
[0045] 本发明的热转换构件中所包含的至少1种半导体，优选包含化S2、M拓Si、化3AS2或 Ge。化S2、Mg2Si、化3AS2W及Ge的各自的带隙值，根据测定方法W及测定条件而多少变动一 些，但一般地化S2的带隙值为0. 95eV，Mg2Si的带隙值为0. 77eV，Zn3As2的带隙值为0. 86eV， Ge的带隙值为0.89eV。本发明的热转换构件中所包含的至少1种半导体，也可W是选自 FeSs、MgsSi、化3AS2和Ge中的至少2种W上的混合物。带隙能够采用光吸收法W及光电子 分光法来进行测定。
[0046] 本发明的热转换构件，可W为任意的形态，可举出例如膜状、筒状、板状等形态，但 优选为膜状。本发明的热转换构件的膜状的厚度，只要能获得本发明的效果就可W是任意 的厚度，但本发明的热转换构件的膜状优选为Inm?10 y m的厚度，更优选为5nm?lOOnm 的厚度。
[0047] 本发明的热转换构件中所包含的至少1种半导体的含有率可W是任意的，可举出 例如 lOvol % W上、20vol % W上、30vol % W上、40vol % W上、50vol % W上、60vol % W上、 70vol% W上、80vol% W上、90vol% W上、95vol% W上。
[0048] 本发明的热转换构件，也可W实质上只由至少1种半导体构成，该情况下的至少1 种半导体的含有率为lOOvol%。
[0049] 在本发明的热转换构件中也可W包含至少1种半导体W外的任意的材料。另外， 在本发明的热转换构件中也可W包含至少1种半导体与透明电介质的复合材料W外的任 意的材料。
[0050] 本发明的热转换构件，能够采用公知的任意的制造方法得到。例如，能够通过物理 气相沉积（PVD)、瓣射等来制造本发明的热转换构件。
[0051] 0)热转换叠层体
[0化2] 本发明的热转换叠层体，其特征在于，是层叠包含本发明的膜状的热转换构件的 至少一层、和金属层而成的，金属层、和包含本发明的膜状的热转换构件的至少一层可W按 此顺序层叠，也可W按与该顺序相反的顺序层叠。
[0053]另外，本发明的热转换叠层体，其特征在于，是至少金属层、包含本发明的膜状的 热转换构件的至少一层、和透明电介质层按此顺序层叠而成的。
[0化4] 本发明的热转换叠层体的包含本发明的膜状的热转换构件的至少一层，可W作为 光吸收层而构成，在太阳光的波长为2480nm?lOOOnm的范围内具有吸收和非吸收的睹峭 的变化，因此能够在抑制从200°C?600°C的热介质的热福射放热的同时，效率好地吸收太 阳光，能够将光高效率地转换成热。本发明的热转换叠层体的包含膜状的热转换构件的至 少一层的厚度，只要能获得本发明的效果就可W是任意的厚度，但优选为5nm?lOOnm的厚 度。本发明的热转换叠层体的包含膜状的热转换构件的层，可W是1层，也可W是多层。在 本发明的热转换叠层体的包含膜状的热转换构件的至少一层中，也可W包含膜状的热转换 构件W外的任意的材料。
[0化5] 本发明的热转换叠层体的金属层，可W作为红外线反射防止层而构成。本发明的 热转换叠层体的金属层不作特别限定，可举出例如钢（Mo)层、鹤（W)层、银（Ag)层、金（Au) 层、铜（化）层等，但优选为钢（Mo)层。本发明的热转换叠层体的金属层的厚度，只要能获 得本发明的效果就可W是任意的厚度，但优选为至少lOOnm W上的厚度。
[0化6] 本发明的热转换叠层体的透明电介质层，可W作为反射防止层而构成。本发明的 热转换叠层体的透明电介质层不作特别限定，可举出例如Si化层、A12〇3、A1N层等，但优选 为Si化层。本发明的热转换叠层体的透明电介质层的厚度，只要能获得本发明的效果就可 W是任意的厚度，但优选为10皿?500皿的厚度。
[0化7] 本发明的热转换叠层体，能够采用公知的任意的制造方法得到。例如，能够通过物 理气相沉积（PVD)、瓣射等来制造本发明的热转换叠层体。
[0化引 W下参照图2对本发明的热转换叠层体进一步详细说明。再者，本发明的热转换 叠层体，在不脱离本发明的目的W及主旨的范围内并不被图2的本发明的实施方式限定。 [0化9] 图2是表示作为本发明的实施方式设及的热转换叠层体的1个方式的热转换叠层 体1的图。本发明的实施方式设及的热转换叠层体1，由透明电介质层11、包含热转换构件 的层（光吸收层）12 W及金属层13构成。而且，包含热转换构件的层（光吸收层）12,由半 导体121和透明电介质122构成。如图2所示，半导体121的粒子内包并分散于透明电介 质122中。
[0060] 实施例
[0061] W下提供用于更具体地说明本发明的实施例。再者，本发明在不脱离其目的W及 主旨的范围内并不被W下的实施例限定。
[0062] 《通过化uggeman有效介质近似来进行的对实膜特性的再现性的检验》
[0063] 通过化uggeman(布罗格曼）有效介质近似，使用实施例1 W及比较例1对实膜特 性的再现性进行了检验。
[0064] (实施例1)
[00化]采用化uggeman理论计算来求出Mo-Si化金属陶瓷单层膜的吸收特性。金属陶瓷 是"Metal (金属）+Ceramic (陶瓷）=Cermet (金属陶瓷）"的意思。
[0066] 采用化uggeman有效介质近似式（下述的式（1))来计算了 Mo-Si化金属陶瓷单 层膜的光学常数（n，k)。M〇-Si〇2金属陶瓷中的Mo W及Si〇2光学常数，通过瓣射形成各成 分的单层膜，由采用光谱楠偏仪得到的测定数据W及采用分光光度计测定到的反射率特性 W及透射率特性算出。 打（巧C-巧;)'一(巧一咸F /, (巧r-(巧一试F 。
[00例 式…
[0068] i:虚数单位
[0069] f:Mo 的混合率（vol% )
[0070] ns、ks:M〇3Si 的光学常数
[0071] nc、kc:Si〇2 的光学常数
[0072] W通过计算式（1)而得到的Mo-Si化金属陶瓷的光学常数（n，k)为基础，采用多 层膜近似来计算了 M〇-Si〇2金属陶瓷单层膜的吸收率（膜厚相当于30nm)。M〇-Si〇2金属陶 瓷单层膜的吸收特性（计算）的结果示于图3。
[007引（比较例1)
[0074] 使用实膜（制作膜）求出Mo-Si化金属陶瓷单层膜的吸收特性。
[0075] 在加热至500°C?600°C的温度的石英基板上，通过将Mo和Si化同时地进行瓣射 而成膜，得到Mo-Si化金属陶瓷单层膜的试样。由针对得到的试样采用光谱楠偏仪测定到 的测定数据、W及采用分光光度计测定到的反射率特性W及透射率特性，算出Mo-Si化金属 陶瓷的光学常数（折射率n、消光系数k)。
[0076] W算出的M〇-Si〇2金属陶瓷的光学常数（n，k)为基础，采用多层膜近似来计算了 Mo-Si化金属陶瓷单层膜的吸收率（膜厚相当于30nm)。Mo-SiO 2金属陶瓷单层膜的吸收特 性（实膜）的结果示于图4。
[0077] <检验结果〉
[007引参照图3和图4,按照所明确的那样能够验证出通过化uggeman理论计算而得到的 吸收特性的结果（图3)大致再现了实膜（制作膜）的吸收特性结果（图4)。
[0079] 《热转换构件的吸收特性评价》
[0080] 使用实施例2和比较例2实施了热转换构件的吸收特性评价。
[0081] (实施例2)
[0082] 使用化Sg-Si化半导体陶瓷单层膜、MggSi-Si化半导体陶瓷单层膜、Ge-Si〇2半导体 陶瓷单层膜W及化3AS2-Si化半导体陶瓷单层膜，实施了本发明的热转换构件的吸收特性评 价。半导体陶瓷是"Semiconductor半导体）+Ceramic (陶瓷）=Cersemi (半导体陶瓷）" 的意思。
[008引通过化uggeman有效介质近似式（下述的式（2))计算了 FeSg-Si化半导体陶瓷、 M拓Si-Si化半导体陶瓷、Ge-SiO 2半导体陶瓷W及化3As2-Si化半导体陶瓷的各自的光学常 数（n，k)。FeSa、Ge W及化3AS2的光学常数（n S，10，参考 了文献「Hanclbook of Optical Constants of Solids", Edward D.PaUk, Academic Press, Boston, 1985」，MgaSi 的光学常 数（ns，ks)参考了文献「T.Kato et al.，J.Appl.Phys. 110,063723(2011)」。关于 Si02的光 学常数（nt，k。)，使用了实验数据。
[0084]
【权利要求】
1. 一种热转换构件，是包含至少1种半导体的热转换构件，该半导体的带隙为0. 5eV以 上、1. 2eV以下。
2. -种热转换构件，是包含复合材料的热转换构件，所述复合材料是至少1种半导体 与透明电介质的复合材料，该半导体的带隙为〇. 5eV以上、1. 2eV以下。
3. 根据权利要求1或2所述的热转换构件，所述半导体包含FeS 2。
4. 根据权利要求1或2所述的热转换构件，所述半导体包含Mg 2Si。
5. 根据权利要求1或2所述的热转换构件，所述半导体包含Zn 3As2。
6. 根据权利要求1或2所述的热转换构件，所述半导体包含Ge。
7. 根据权利要求1?6的任一项所述的热转换构件，其为膜状。
8. 根据权利要求7所述的热转换构件，所述膜状为lnm?10 y m的厚度。
9. 一种热转换叠层体，是至少层叠包含权利要求7或8所述的热转换构件的至少一层、 和金属层而成的。
10. -种热转换叠层体，是至少金属层、包含权利要求7或8所述的热转换构件的至少 一层、和透明电介质层按此顺序层叠而成的。
【文档编号】F24J2/48GK104487785SQ201380038881
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年10月7日 优先权日:2012年10月26日
【发明者】筒井琢仁, 笹谷亨, 则武和人, 竹内范仁 申请人:株式会社丰田自动织机