JP6428344B2 - Glass substrate - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス基板に関する。 The present invention relates to a glass substrate.
太陽電池では、ガラス基板に光電変換層として半導体の膜が形成される。
太陽電池に用いられる半導体として、例えば、カルコパイライト結晶構造を持つ11−13族化合物半導体および11−16族化合物半導体、並びに立方晶系の12−16族化合物半導体あるいは六方晶系の12−16族化合物半導体等が挙げられる。これらの化合物半導体は、可視から近赤外の波長範囲の光に対して大きな吸収係数を有している。そのため、これらの化合物半導体は、薄膜太陽電池の効率を向上させる材料として期待されている。代表的な例として、Cu(In,Ga)Se2(以下、CIGSと称する)が挙げられる。
In a solar cell, a semiconductor film is formed on a glass substrate as a photoelectric conversion layer.
As a semiconductor used for a solar cell, for example, a group 11-13 compound semiconductor and a group 11-16 compound semiconductor having a chalcopyrite crystal structure, a cubic system 12-16 compound semiconductor, or a hexagonal system group 12-16 A compound semiconductor etc. are mentioned. These compound semiconductors have a large absorption coefficient for light in the visible to near-infrared wavelength range. Therefore, these compound semiconductors are expected as materials for improving the efficiency of thin film solar cells. A typical example is Cu (In, Ga) Se 2 (hereinafter referred to as CIGS).
例えば、特許文献1には、CIGS層を備えたCIGS型の太陽電池において、ナトリウム(Na)のようなアルカリ金属がCIGS層に存在することで、キャリア濃度が向上し、エネルギー変換効率が向上する旨が記載されている。さらに、特許文献1によれば、1種以上のアルカリ金属を含むガラス基板を用い、CIGS層とガラス基板との間にモリブデン(Mo)およびタングステン(W)を含む裏面電極層を設けることで、ガラス基板からCIGS層へアルカリ金属を拡散させることができる旨が記載されている。
For example, in
特許文献2に記載されているように、ガラス基板上に化合物半導体層を形成する場合、500〜600℃程度の熱処理工程が必要とされる。
特許文献3にも発電効率の良い太陽電池を作製するには、より高温での熱処理が好ましく、ガラス基板には高温の熱処理に耐え得ることが要求される旨が記載されている。
As described in Patent Document 2, when a compound semiconductor layer is formed on a glass substrate, a heat treatment step of about 500 to 600 ° C. is required.
Patent Document 3 also describes that in order to produce a solar cell with good power generation efficiency, heat treatment at a higher temperature is preferable, and the glass substrate is required to withstand the heat treatment at a high temperature.
フロート法においては、徐冷工程においてガラス基板をロール搬送する際、ロールによるガラス基板表面へのキズを防止するために、温度の高いガラス板にSO2ガス(亜硫酸ガス)を大気中で吹き付けて、ガラスの成分と反応させてガラス表面に硫酸塩を析出させて保護する方法を用いてもよい。硫酸塩としては、例えば、Na塩、K塩、Ca塩、Sr塩、およびBa塩等が挙げられる。ガラス基板の表面には、通常、これらの塩の複合物が析出される。 In the float process, when the glass substrate is rolled and transported in the slow cooling step, SO 2 gas (sulfurous acid gas) is blown in the air to the glass plate having a high temperature in order to prevent scratches on the glass substrate surface by the roll. Alternatively, a method may be used in which a sulfate is precipitated on the surface of the glass to protect it by reacting with a glass component. Examples of the sulfate include Na salt, K salt, Ca salt, Sr salt, Ba salt and the like. Usually, a composite of these salts is deposited on the surface of the glass substrate.
SO2吹付処理(以下、SO2処理と称する。)は、板状に成形されたガラス基板の第一の面側からSO2ガスを吹き付ける処理である。第一の面は、搬送用ローラと接する面である。SO2処理は、第一の面だけに実施されてもよいし、さらにその他の面に対して実施されてもよい。ガラス基板の表面にSO2ガスを吹き付けると、NaやKなどのアルカリ金属の硫酸塩や、アルカリ土類金属の硫酸塩を含む保護膜が形成される。ガラス基板の表面に保護膜を形成することで、搬送時にキズが付き難くなる。 The SO 2 spraying process (hereinafter referred to as SO 2 process) is a process of spraying SO 2 gas from the first surface side of the glass substrate formed into a plate shape. The first surface is a surface in contact with the conveying roller. The SO 2 process may be performed only on the first surface, or may be performed on other surfaces. When SO 2 gas is sprayed on the surface of the glass substrate, a protective film containing an alkali metal sulfate such as Na or K or an alkaline earth metal sulfate is formed. By forming a protective film on the surface of the glass substrate, it becomes difficult to be scratched during transportation.
特許文献2および3で記載されているように、ガラス基板上に化合物半導体層を形成する場合、500〜600℃程度かそれ以上の熱処理工程が必要であり、一般的なソーダライムガラスに比べて高温で変形し難いガラス基板が必要である。
ガラスの成分中で、NaやKなどのアルカリ金属酸化物と、アルカリ土類金属酸化物との存在比は、ソーダライムガラスではアルカリ金属酸化物の方が多い、または同等であるのに対して、特許文献2および3で記載されているガラスでは、アルカリ土類金属酸化物の存在比が多くなる特徴がある。これは、アルカリ金属酸化物に対して、アルカリ土類金属酸化物が多い方が一般的にはガラス転移温度が高くなり、ガラスがより高温まで変形しなくなることによる。
As described in Patent Documents 2 and 3, when a compound semiconductor layer is formed on a glass substrate, a heat treatment step of about 500 to 600 ° C. or higher is necessary, compared with general soda lime glass. A glass substrate that is difficult to deform at high temperatures is required.
Among the components of glass, the abundance ratio between alkali metal oxides such as Na and K and alkaline earth metal oxides is higher or equivalent to alkali metal oxides in soda lime glass. The glasses described in Patent Documents 2 and 3 are characterized by an increase in the abundance ratio of alkaline earth metal oxides. This is because the glass transition temperature is generally higher when the alkaline earth metal oxide is more than the alkali metal oxide, and the glass is not deformed to a higher temperature.
SO2処理で生成した硫酸塩を含む保護膜は、基板表面のキズを付き難くするが、CIGS型太陽電池用のガラス基板はガラス成分としてアルカリ土類金属酸化物が多く、析出する硫酸塩もアルカリ土類金属硫酸塩が相対的に多くなる傾向がある。ところが、アルカリ土類金属硫酸塩、特にBaSO4は水洗浄等で除去し難い。例えば、特許文献2では、硫酸塩保護膜を洗浄除去し易くするため、ガラス基板に含まれる酸化物の質量比SrO/BaOを1以上に規定することが提案されている。特許文献2によれば、このような質量比に規定することで、BaSO4と比較して易水溶性のSrSO4が優先的に析出し易くなり、製品出荷の前に、水洗浄等により硫酸塩保護膜を除去し易くなる旨が記載されている。 The protective film containing sulfate produced by the SO 2 treatment makes it difficult to scratch the substrate surface. However, glass substrates for CIGS solar cells have many alkaline earth metal oxides as glass components, and precipitated sulfates are also included. There is a tendency for alkaline earth metal sulfate to be relatively high. However, alkaline earth metal sulfates, especially BaSO 4, are difficult to remove by water washing or the like. For example, Patent Document 2 proposes that the mass ratio SrO / BaO of the oxide contained in the glass substrate be specified to be 1 or more in order to facilitate cleaning and removal of the sulfate protective film. According to Patent Document 2, by prescribing such a mass ratio, easily water-soluble SrSO 4 is preferentially precipitated as compared with BaSO 4, and sulfuric acid is washed by water washing or the like before product shipment. It is described that the salt protective film can be easily removed.
しかし、SrSO4は、BaSO4に比べれば水に溶け易いかもしれないが、太陽電池の高効率化等に伴い、より精度良く基板表面の硫酸塩保護膜を除去したいという要望がある。 However, SrSO 4 may be more easily dissolved in water than BaSO 4 , but there is a demand to remove the sulfate protective film on the substrate surface with higher accuracy as the efficiency of solar cells increases.
また、太陽電池の製造工程におけるガラス基板の搬送時や、太陽電池製造後の使用環境でガラス基板が割れると、歩留の低下や不良品率の増加に繋がるため、ガラス表面の強度が高いガラス基板が望まれている。加えて、太陽電池は屋外で使用されるので、長期間の使用に耐え得る、ガラス表面の耐酸性の高いガラス基板が望まれている。 In addition, if the glass substrate breaks during transportation of the glass substrate in the manufacturing process of the solar cell or in the usage environment after manufacturing the solar cell, it leads to a decrease in yield and an increase in the defective product rate. A substrate is desired. In addition, since solar cells are used outdoors, a glass substrate with high acid resistance on the glass surface that can withstand long-term use is desired.
ガラスの強度を向上させたり、ガラスの耐酸性を向上させたりするには、ガラス基板自体の組成を調整すれば良い。しかし、前記したように、CIGS太陽電池用基板として用いるためにはCIGS層へアルカリ金属を拡散させ、500〜600℃程度かそれ以上の熱処理工程でも変形し難い基板であることが必要である。従って、ガラス表面の耐酸性および強度が高く、より洗浄除去し易い硫酸塩保護膜を形成可能であるという条件を同時に満たすガラス基板が求められている。 In order to improve the strength of the glass or the acid resistance of the glass, the composition of the glass substrate itself may be adjusted. However, as described above, in order to use as a substrate for a CIGS solar cell, it is necessary that the substrate be a substrate that is difficult to be deformed even in a heat treatment step of about 500 to 600 ° C. by diffusing an alkali metal into the CIGS layer. Accordingly, there is a need for a glass substrate that simultaneously satisfies the conditions that a sulfate protective film that has a high acid resistance and strength on the glass surface and can be easily removed by washing can be formed.
本発明の目的は、ガラス表面の耐酸性および強度が高く、より洗浄除去し易い硫酸塩保護膜を形成可能なガラス基板を提供することである。 An object of the present invention is to provide a glass substrate capable of forming a sulfate protective film that has a high acid resistance and strength on the glass surface and is easier to wash and remove.
本発明の一態様によれば、第一の基板表面を有し、ケイ素と、アルカリ金属と、アルカリ土類金属と、酸素と、を含み、ガラス転移温度が640℃以上であり、前記第一の基板表面から500nm以上5000nm以下のいずれかの深さにおける第一の水素イオン濃度をX[ppm]とし、前記第一の基板表面から40nm以上60nm以下のいずれかの深さにおける第二の水素イオン濃度をY[ppm]とした場合、水素イオン濃度比Y/Xが3.0以上であって、90℃に維持された濃度1モル/リットルの希塩酸に20時間浸漬させる耐酸性試験を実施した時の溶出量が0.5mg/cm2以下であり、ビッカース硬度Hvが500以上である、ガラス基板が提供される。 According to one embodiment of the present invention, the first substrate surface includes silicon, an alkali metal, an alkaline earth metal, and oxygen, and has a glass transition temperature of 640 ° C. or higher. The first hydrogen ion concentration at any depth from 500 nm to 5000 nm from the substrate surface of X is X [ppm], and the second hydrogen at any depth from 40 nm to 60 nm from the first substrate surface When the ion concentration is set to Y [ppm], an acid resistance test is performed in which the hydrogen ion concentration ratio Y / X is 3.0 or more and the sample is immersed in dilute hydrochloric acid having a concentration of 1 mol / liter maintained at 90 ° C. for 20 hours. A glass substrate having an elution amount of 0.5 mg / cm 2 or less and a Vickers hardness Hv of 500 or more is provided.
前述の本発明の一態様によれば、耐酸性および強度が高く、より洗浄除去し易い硫酸塩保護膜を形成可能なガラス基板を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention described above, it is possible to provide a glass substrate that can form a sulfate protective film that has high acid resistance and strength and is easier to remove by washing.
本発明の一実施形態に係る態様を以下に説明する。
図1には、本実施形態のガラス基板1の断面概略図が示されている。本発明のガラス基板の寸法や形状は、実施形態中の説明に何ら限定されない。
The aspect which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated below.
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a
ガラス基板1は、第一の基板表面11を有し、ケイ素と、アルカリ金属と、アルカリ土類金属と、酸素と、を含み、ガラス転移温度が640℃以上であり、第一の基板表面11から500nm以上5000nm以下のいずれかの深さにおける第一の水素イオン濃度をX[ppm]とし、第一の基板表面11から40nm以上60nm以下のいずれかの深さにおける第二の水素イオン濃度をY[ppm]とした場合、水素イオン濃度比Y/Xが3.0以上であって、90℃に維持された濃度1モル/リットルの希塩酸に20時間浸漬させる耐酸性試験を実施した時の溶出量が0.5mg/cm2以下であり、ビッカース硬度Hvが500以上である。水素イオン濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS;Secondary Ion Mass Spectrometry)により測定できる。
The
本実施形態において、第一の水素イオン濃度Xを測定する深さを、例えば、図1に示すように第一の基板表面11からの深さをD1で表す場合、D1は、500nm以上5000nm以下である。
また、本実施形態において、第二の水素イオン濃度Yを測定する深さを、例えば、図1に示すように第一の基板表面11からの深さをD2で表す場合、D2は、40nm以上60nm以下である。
上述の水素イオン濃度比Y/Xは、500nm以上5000nm以下の範囲のいずれかの深さにおける第一の水素イオン濃度Xと、40nm以上60nm以下の範囲のいずれかの深さにおける第二の水素イオン濃度Yとの比である。水素イオン濃度比Y/Xは、3.0以上であればよい。
In the present embodiment, when the depth at which the first hydrogen ion concentration X is measured, for example, when the depth from the
In this embodiment, when the depth at which the second hydrogen ion concentration Y is measured, for example, when the depth from the
The above-mentioned hydrogen ion concentration ratio Y / X is the first hydrogen ion concentration X at any depth in the range of 500 nm to 5000 nm and the second hydrogen at any depth in the range of 40 nm to 60 nm. It is a ratio with the ion concentration Y. The hydrogen ion concentration ratio Y / X may be 3.0 or more.
水素イオン濃度比Y/Xが3.0未満であると、水素イオンとアルカリ金属およびアルカリ土類金属のイオン交換反応(後述)を促進させる効果が期待できなくなる。Y/Xは、3.5以上であることが好ましく、4.0以上であることがさらに好ましく、4.5以上であることがよりさらに好ましく、5.0以上であることが特に好ましい。
Y/Xは30以下であることが好ましい。Y/Xが30を超えると、水素イオンとアルカリ金属およびアルカリ土類金属のイオン交換反応によって、水素イオン過多となり、ガラス表層での内部構造が疎になってしまう。そのため、例えば、太陽電池の製造工程において、製膜時に熱処理を行うと、ガラス表面と内部で膨張率の差が生まれ、ガラス基板にクラックが入る恐れがある。Y/Xは、より好ましくは25以下であり、さらに好ましくは22以下である。
When the hydrogen ion concentration ratio Y / X is less than 3.0, the effect of promoting the ion exchange reaction (described later) between hydrogen ions and alkali metals and alkaline earth metals cannot be expected. Y / X is preferably 3.5 or more, more preferably 4.0 or more, still more preferably 4.5 or more, and particularly preferably 5.0 or more.
Y / X is preferably 30 or less. If Y / X exceeds 30, the ion exchange reaction between hydrogen ions and alkali metals and alkaline earth metals results in excessive hydrogen ions and the internal structure on the glass surface layer becomes sparse. Therefore, for example, when a heat treatment is performed during film formation in a solar cell manufacturing process, a difference in expansion coefficient is generated between the glass surface and the inside, which may cause cracks in the glass substrate. Y / X is more preferably 25 or less, and still more preferably 22 or less.
耐酸性試験としてガラス基板1を90℃に維持された濃度1モル/リットルの希塩酸に20時間浸漬させた時、ガラス表面からの溶出量が0.5mg/cm2以下である。溶出量が0.5mg/cm2を超えると、ガラス基板を屋外で使用した時に、例えば10年以上の期間で透明性を維持できない恐れがある。溶出量は、より好ましくは0.1mg/cm2以下であり、さらに好ましくは0.05mg/cm2以下であり、よりさらに好ましくは0.02mg/cm2以下であり、特に好ましくは0.01mg/cm2以下である。なお、ガラス基板の表面積は、例えば、厚さが1.1mmであり、一辺の長さが30mmである試験片の場合、3cm×3cm×2+3cm×0.11cm×4=19.32cm2である。
When the
ガラス基板1のビッカース硬度Hvは500以上であることが好ましく、より好ましくは600以上であり、さらに好ましくは650以上であり、特に好ましくは680以上である。
The Vickers hardness Hv of the
ガラス基板1のガラス転移温度が640℃以上であれば、高温におけるCIGS層形成が可能であり、良質なCIGS層の形成を担保できる。ガラス基板1のガラス転移温度Tgが640℃未満であると、高温にさらされる光電変換層の形成プロセスでガラス基板が変形する恐れがあり、太陽電池の歩留まりが低下する恐れがある。ガラス基板1のTgは、より好ましくは650℃以上、さらに好ましい範囲は660℃以上、670℃以上の順であり、特に好ましくは675℃以上である。
ガラス基板1のTgの上限値は750℃以下であることが好ましい。Tgが750℃より大きくなると、ガラス原料の溶融時の粘性が高くなり、製造が難しくなる恐れがある。さらに、Tgが750℃より大きくなると、ガラス基板の膨張係数が小さくなる。光電変換層の形成プロセスで、ガラス基板と光電変換層との膨張係数のミスマッチが生じて、光電変換層がガラス基板から剥がれ易くなる、または、太陽電池を構成する他の部材とガラス基板との膨張係数のミスマッチが生じ、長期間の使用により当該他の部材が破損する恐れがある。ガラス基板1のTgは、より好ましくは720℃以下であり、さらに好ましくは700℃以下である。
If the glass transition temperature of the
The upper limit value of Tg of the
ガラス基板1は、ガラス転移温度以上(640℃以上)であり、H2濃度がa[%]であり、N2濃度が(100−a)[%]である雰囲気内にガラス基板を通過させる工程(水素処理工程と称する場合がある。)により達成される。ただし、aは、0を超え100以下であり、aは50以下であることが好ましい。水素処理工程の条件は、水素処理後のガラス基板1の水素イオン濃度比Y/Xが3.0以上となるように適宜設定されればよい。
The
ガラス基板1の製造方法は、水素処理工程の他、従来のガラス基板を製造する方法と同様に、溶解工程、清澄工程、成形工程、および徐冷工程を含む。ガラス基板1は、フロート法やフュージョン法(ダウンドロー法)により製造されることが好ましく、フロート法により製造することがより好ましい。フロート法では、フロートバスから徐冷工程を通る際にガラス表面の構造が形成されるため、フロートバスと徐冷工程の間に水素処理工程を設けることで、より効果的にガラス基板1を達成することができ、さらに、その後の硫酸塩保護膜形成過程(後述)において、より洗浄除去し易い硫酸塩保護膜を形成可能となる。また、フロート法であれば、板状かつ大面積のガラス基板1を容易かつ安定的に成形できる。
The manufacturing method of the
ガラス基板1の第一の基板表面11に硫酸塩保護膜を形成する場合、徐冷工程において、第一の基板表面11にSO2ガスを吹き付ける処理(以下、SO2処理と称する。)が実施される。SO2処理は、徐冷工程における徐冷炉でガラス基板1を室温まで冷却する際に実施され、ガラス基板1の第一の基板表面11に硫酸塩保護膜が形成される。その後、ガラス基板1を洗浄する工程(以下、洗浄工程と称する。)を実施し、第一の基板表面11に形成された硫酸塩保護膜を除去する。洗浄工程の後、ガラス基板1は、適宜、目的のサイズに切断され、太陽電池の製造プロセス等に提供される。
When a sulfate protective film is formed on the
ガラス基板1によれば、ガラス表面の耐酸性および強度が高く、より洗浄除去し易い硫酸塩保護膜を形成可能である。そのため、上述の洗浄工程において、硫酸塩保護膜をより除去し易くできる。硫酸塩保護膜が除去し易い理由としては、SO2処理を実施した際に、硫酸塩保護膜中のアルカリ金属塩の割合が多くなるためであると考えられる。
According to the
前述の水素処理工程において、ガラス基板1の第一の基板表面11を、ガラス転移温度Tg以上の温度で、水素雰囲気に曝すと、第一の基板表面11において、脱水縮合が起き、シロキサン結合(Si−O−Si結合)が増加する。脱水縮合に関する反応式を以下に示す。
In the hydrogen treatment step described above, when the
−Si−OH + HO−Si− → −Si−O−Si− + H2O -Si-OH + HO-Si- → -Si-O-Si- + H 2 O
図2には、ガラス基板1の第一の基板表面11に水素処理を施した際に、第一の基板表面11および基板内部で生じていると想定されるメカニズムを表す概念図が示されている。図2において、Siは、ケイ素原子、Oは、酸素原子、Hは、水素原子、R+は、アルカリ金属原子、R2+は、アルカリ土類金属原子を表す。
FIG. 2 shows a conceptual diagram showing a mechanism assumed to occur inside the
図2(A)には、第一の基板表面11の表層での脱水縮合によるシロキサン結合形成の想定メカニズムが示されている。
結合強度が高いシロキサン結合が増えることで、ガラス基板1のビッカース硬度Hvが上昇し、ガラス基板1の強度が向上する。その結果、ガラス基板1によれば、太陽電池の製造工程における搬送時や、太陽電池製造後の使用環境における割れを抑制できる。
SiO2の活量は、pHが9程度まで、HSiO3 −イオンやSiO3 2−イオンの活量よりも大きく、安定であるため、シロキサン結合の増加によって、ガラス基板1の耐酸性が向上する。ガラス基板1を太陽電池用基板として使用すれば、当該太陽電池は、屋外での長期間の使用に耐える耐久性が得られる。
FIG. 2A shows an assumed mechanism of siloxane bond formation by dehydration condensation on the surface layer of the
By increasing the number of siloxane bonds having high bond strength, the Vickers hardness Hv of the
Since the activity of SiO 2 is larger than the activity of HSiO 3 − ions and SiO 3 2− ions up to about 9 and is stable, the acid resistance of the
図2(B)には、第一の基板表面11の表層でのイオン交換反応の想定メカニズムが示されている。
第一の基板表面11の表層での脱水縮合反応によって、表層における水素イオン(H+)濃度が減少し、ガラス基板1の表層と内部との間に水素イオンの濃度勾配が生じる。この濃度勾配が駆動力となり、ガラス基板1の内部から表層へH+が拡散する。表層へのH+の拡散によって減少した電荷を補償するために、ガラス基板1に含まれるアルカリ金属およびアルカリ土類金属が、基板の内部へ拡散する。ガラス表層に拡散したH+は、酸素原子と結合し、新たにヒドロキシル基が生じる。
FIG. 2B shows an assumed mechanism of the ion exchange reaction on the surface layer of the
Due to the dehydration condensation reaction in the surface layer of the
図2(C)には、第一の基板表面11に新たに生じたヒドロキシル基の脱水縮合反応の想定メカニズムが示されている。
新たに生じたヒドロキシル基の脱水縮合反応が起き、シロキサン結合が形成される。本実施形態のガラス基板1においては、前述のようなメカニズムの反応(図2(A)から図2(C))が繰り返し生じていると考えられる。
FIG. 2C shows an assumed mechanism of a dehydration condensation reaction of a hydroxyl group newly generated on the
A dehydration condensation reaction of a newly generated hydroxyl group occurs, and a siloxane bond is formed. In the
本実施形態のガラス基板1は、前述の水素イオン濃度比Y/Xが3.0以上という関係を満たす。このような水素イオン濃度比となるのは、第一の基板表面11および基板内部において、前述のメカニズムによる水素イオン、アルカリ金属、およびアルカリ土類金属の移動が生じているためと考えられる。水素イオン濃度比Y/Xが3.0以上という関係を満たすことで、第一の基板表面11の表層においてシロキサン結合が増え、ガラス基板1の耐酸性および強度が高くなる。さらに、水素イオン濃度比Y/Xが3.0以上という関係を満たすガラス基板1においては、アルカリ土類金属が内部へ拡散し、第一の基板表面11の表層におけるアルカリ土類金属濃度が減少する。その結果、ガラス基板1によれば、SO2処理後の硫酸塩保護膜に含まれるアルカリ土類金属硫酸塩の濃度を低減させることができる。すなわち、ガラス基板1によれば、洗浄除去し易い硫酸塩保護膜を形成可能である。
The
本実施形態において、ガラス基板1の第一の基板表面11に300℃以上でSO2ガスを接触させた場合に生成する硫酸塩の第一のモル分率を、M1=R2SO4/(R2SO4+R’SO4)で表す。また、第一の基板表面11を5000nm以上研磨して露出した第一の露出面に300℃以上でSO2ガスを接触させた場合に生成する硫酸塩の第二のモル分率を、M2=R2SO4/(R2SO4+R’SO4)で表す。ただし、Rは、NaおよびKの少なくともいずれかであり、R’は、Mg、Ca、Sr、およびBaの少なくともいずれかである。なお、第一の基板表面11を5000nm以上研磨することで露出した表面は、前述の水素処理が施されていない表面と同等の状態である。
ガラス基板1において、第一のモル分率M1と第二のモル分率M2との比M1/M2が1.00以上であることが好ましく、1.10以上であることがより好ましい。ガラス基板1がこのようなモル分率比M1/M2を満たすと、SO2処理後に生じる硫酸塩保護膜中におけるアルカリ金属硫酸塩の濃度が、アルカリ土類金属塩の濃度よりも大きくなる。ゆえに、ガラス基板1に形成される硫酸塩保護膜がさらに洗浄除去し易くなる。
In the present embodiment, the first molar fraction of sulfate generated when SO 2 gas is brought into contact with the
In the
ガラス基板1は、当該基板について下記の耐酸性試験を実施した時、当該基板からの溶出量が下記に示す関係を満たすことが好ましい。
ガラス基板1を矩形状に切り出し、6つの面を鏡面研磨し、厚さが1.1mmであり、一辺の長さが30mmである第一の試験片を作製し、前記第一の試験片を、90℃に維持された濃度1モル/リットルの希塩酸に20時間浸漬させる耐酸性試験を実施した時の溶出量を第一の溶出量Z1[μg]とする。第一の試験片に対しては、鏡面研磨後であって希塩酸に浸漬させる前に、前述の水素処理工程が実施される。
第一の基板表面11を5000nm以上研磨し、研磨後にガラス基板1を矩形状に切り出し、6つの面をさらに鏡面研磨し、厚さが1.1mmであり、一辺の長さが30mmである第二の試験片を作製し、前記第二の試験片を、90℃に維持された濃度1モル/リットルの希塩酸に20時間浸漬させる耐酸性試験を実施した時の溶出量を第二の溶出量Z2[μg]とする。
第一の溶出量Z1と第二の溶出量Z2との比Z1/Z2が0.8以下であることが好ましく、0.7以下であることがより好ましい。このような溶出量比Z1/Z2を満たせば、ガラス基板1の耐酸性をさらに向上させることができる。ガラス基板1を太陽電池用基板として使用すれば、当該太陽電池は、屋外での長期間の使用に耐える耐久性が得られる。
When the
The
The
The ratio Z1 / Z2 between the first elution amount Z1 and the second elution amount Z2 is preferably 0.8 or less, and more preferably 0.7 or less. If the elution amount ratio Z1 / Z2 is satisfied, the acid resistance of the
ガラス基板1は、下記に示すビッカース硬度の関係を満たすことが好ましい。
第一の基板表面11のビッカース硬度を第一のビッカース硬度Hv1[N/mm2]とする。第一の基板表面11を5000nm以上研磨して露出した露出面のビッカース硬度を第二のビッカース硬度Hv2[N/mm2]とする。ビッカース硬度の測定は、露点が−50℃の雰囲気であり、押し込み荷重が0.98Nである条件下、JIS Z 2244に記載の方法で実施される。
ガラス基板1において、第一のビッカース硬度Hv1と第二のビッカース硬度Hv2との比Hv1/Hv2が1.00以上であることが好ましい。
このようなビッカース硬度比Hv1/Hv2であれば、ガラス基板1の強度が高く、太陽電池の製造工程における搬送時や、太陽電池製造後の使用環境における割れを抑制できる。
The
The Vickers hardness of the
In the
If it is such Vickers hardness ratio Hv1 / Hv2, the intensity | strength of the
ガラス基板1は、さらにアルミニウムを含んでいることが好ましい。ガラス基板1におけるAl2O3の含有量が、酸化物基準の質量百分率で、7%以上20%以下であれば、ガラス基板1の強度が向上するので、より好ましい。
The
ガラス基板1がさらにアルミニウムを含んでいる場合、ガラス基板1の27Al−MAS NMRスペクトルにおいて、所定のケミカルシフトにおける積算強度が、下記の関係を満たすことが好ましい。
すなわち、ガラス基板1の27Al−MAS NMRスペクトルにおいて、20ppm以上85ppm以下の範囲の積算強度を第一の積算強度αとし、10ppm以上40ppm以下の範囲の積算強度を第二の積算強度βとし、−20ppm以上15ppm以下の範囲の積算強度を第三の積算強度γとする。この場合、ガラス基板1における積算強度比α/(α+β+γ)が0.9以上であることが好ましい。
ガラス基板1に含まれるアルミニウムの配位数を評価する方法として、27Al−MAS NMRスペクトルが挙げられる。本実施形態では、20ppm以上85ppm以下の範囲における検出値を4配位由来とし、10ppm以上40ppm以下における検出値を5配位由来とし、−20ppm以上15ppm以下における検出値を6配位由来と判断する。積算強度比α/(α+β+γ)が0.9以上であれば、ガラス基板1に含まれるアルミニウムは、4配位として含まれている割合が大きい。
When the
That is, in the 27 Al-MAS NMR spectrum of the
As a method for evaluating the coordination number of aluminum contained in the
Al2O3を含むガラスにおいては、ガラス中の[AlO4]−に対してH+よりもNa+やK+等のアルカリ金属イオンが配位し易いため、脱水縮合反応を駆動力とするアルカリ金属のガラス内部方向への拡散は生じ難い。一方で、アルカリ土類金属は[AlO4]−に配位し難いため、脱水縮合反応を駆動力とするアルカリ土類金属のガラス内部方向への拡散が容易に生じる。
上記の理由から、第一の基板表面11の表層でのアルカリ土類金属濃度は減少し、ガラス表層でのSO2ガスと反応するアルカリ土類金属の割合が減少する。さらに、ガラス表層での脱水縮合反応によってシロキサン結合が増加することで、アルカリ土類金属の拡散パスとなるヒドロキシル基が減少し、ガラス表層へアルカリ土類金属が拡散し難くなる。その結果、第一の基板表面11の表層でのSO2ガスとの反応によって生成する硫酸塩中のアルカリ土類金属塩の割合は減少する。一方でアルカリ金属は、ガラス転移温度Tg以上の温度では、ガラス中の[AlO4]−を介して容易に拡散することが可能であるため、SO2ガスとの反応で容易にアルカリ金属硫酸塩を形成する。アルカリ金属硫酸塩は、アルカリ土類金属塩に比べると、水に溶け易く、水による洗浄性が高い。
In a glass containing Al 2 O 3 , alkali metal ions such as Na + and K + are more easily coordinated with [AlO 4 ] − in the glass than with H + , and thus a dehydration condensation reaction is used as a driving force. Alkali metal diffusion hardly occurs in the glass interior direction. On the other hand, since the alkaline earth metal is difficult to coordinate with [AlO 4 ] − , diffusion of the alkaline earth metal with the dehydration condensation reaction as a driving force to the inside of the glass easily occurs.
For the above reasons, the alkaline earth metal concentration in the surface layer of the
ガラス基板1は、第一の基板表面11から5000nm以上の深さにおいて、下記酸化物基準の質量百分率で、SiO2を45%以上75%以下、Al2O3を7%以上20%以下、MgOを0%以上15%以下、CaOを0%以上15%以下、SrOを0%以上18%以下、BaOを0%以上18%以下、Na2Oを1%以上20%以下、K2Oを0.1%以上20%以下、ZrO2を0%以上10.5%以下含み、Na2O+K2Oが1.1%以上30%以下であり、MgO+CaO+SrO+BaOが1%以上40%以下であることが好ましい。このような組成であれば、ガラス基板1の強度および耐酸性がさらに向上する。
The
SiO2は、ガラスの骨格を形成する成分である。SiO2の含有量が45質量%(以下単に%と記載する)未満ではガラスの耐熱性及び化学的耐久性が低下し、平均熱膨張係数が増大するおそれがある。SiO2の含有量は、好ましくは48%以上であり、より好ましくは51%以上である。
SiO2の含有量が75%超ではガラスの高温粘度が上昇し、溶解性が悪化する問題が生じるおそれがある。SiO2の含有量は、好ましくは70%以下であり、より好ましくは65%以下であり、さらに好ましくは60%以下である。
SiO 2 is a component that forms a glass skeleton. If the content of SiO 2 is less than 45% by mass (hereinafter simply referred to as “%”), the heat resistance and chemical durability of the glass are lowered, and the average thermal expansion coefficient may be increased. The content of SiO 2 is preferably 48% or more, more preferably 51% or more.
If the SiO 2 content exceeds 75%, the high-temperature viscosity of the glass increases, which may cause a problem of deterioration in solubility. The content of SiO 2 is preferably 70% or less, more preferably 65% or less, and further preferably 60% or less.
Al2O3は、ガラス転移点温度を上げ、耐候性(ヤケやソラリゼーション)、耐熱性及び化学的耐久性を向上させ、ヤング率を上げる成分である。Al2O3の含有量が7%未満だとガラス転移点温度が低下するおそれがある。また平均熱膨張係数が増大するおそれがある。Al2O3の含有量は、好ましくは8%以上であり、より好ましくは10%以上であり、さらに好ましくは12%以上である。
Al2O3の含有量が20%超では、ガラスの高温粘度が上昇し、溶解性が悪くなるおそれがある。また、失透温度が上昇し、成形性が悪くなるおそれがある。Al2O3の含有量は、好ましくは18%以下であり、より好ましくは15%以下であり、さらに好ましくは14%以下である。
Al 2 O 3 is a component that increases the glass transition temperature, improves weather resistance (discoloration and solarization), heat resistance and chemical durability, and increases Young's modulus. If the content of Al 2 O 3 is less than 7%, the glass transition temperature may be lowered. Moreover, there exists a possibility that an average thermal expansion coefficient may increase. The content of Al 2 O 3 is preferably 8% or more, more preferably 10% or more, and further preferably 12% or more.
If the content of Al 2 O 3 exceeds 20%, the high-temperature viscosity of the glass increases and the solubility may be deteriorated. Further, the devitrification temperature is increased, and the moldability may be deteriorated. The content of Al 2 O 3 is preferably 18% or less, more preferably 15% or less, and still more preferably 14% or less.
MgOは、ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する効果がある。MgOは、ガラス基板に15%まで含有させることができる。MgOの含有量は、好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.15%以上である。MgOの含有量が15%超では、平均熱膨張係数が増大するおそれがある。また、失透温度が上昇するおそれがある。MgOの含有量は、好ましくは10%以下であり、より好ましくは5%以下であり、さらに好ましくは3%以下である。 MgO has the effect of lowering the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting. MgO can be contained up to 15% in the glass substrate. The content of MgO is preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more, and further preferably 0.15% or more. If the MgO content exceeds 15%, the average thermal expansion coefficient may increase. Further, the devitrification temperature may increase. The content of MgO is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and even more preferably 3% or less.
CaOは、ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する効果がある。CaOは、ガラス基板に15%まで含有させることができる。CaOの含有量は、好ましくは1%以上であり、より好ましくは2%以上であり、さらに好ましくは3%以上であり、特に好ましくは5%以上である。CaOの含有量が15%超では、ガラスの平均熱膨張係数が増大するおそれがある。CaOの含有量は、好ましくは10%以下であり、より好ましくは9%以下であり、さらに好ましくは8%以下である。 CaO has the effect of lowering the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting. CaO can be contained up to 15% in the glass substrate. The content of CaO is preferably 1% or more, more preferably 2% or more, still more preferably 3% or more, and particularly preferably 5% or more. If the CaO content exceeds 15%, the average thermal expansion coefficient of the glass may increase. The CaO content is preferably 10% or less, more preferably 9% or less, and even more preferably 8% or less.
SrOは、ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する効果がある。SrOは、ガラス基板に18%まで含有させることができる。SrOの含有量は、好ましくは0.5%以上、より好ましくは2%以上、さらに好ましくは5%以上、特に好ましくは7%以上である。SrOの含有量が18%超では、ガラスの平均熱膨張係数が増大するとともに密度が増大し、ガラスが脆くなるおそれがある。SrOの含有量は、好ましくは15%以下であり、より好ましくは14%以下であり、さらに好ましくは13%以下であり、特に好ましくは12%以下である。 SrO has the effect of lowering the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting. SrO can be contained in the glass substrate up to 18%. The SrO content is preferably 0.5% or more, more preferably 2% or more, still more preferably 5% or more, and particularly preferably 7% or more. If the SrO content exceeds 18%, the average thermal expansion coefficient of the glass increases, the density increases, and the glass may become brittle. The SrO content is preferably 15% or less, more preferably 14% or less, still more preferably 13% or less, and particularly preferably 12% or less.
BaOは、ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する効果がある。BaOは、ガラス基板に18%以下で含有させることができる。BaOの含有量は、好ましくは0.5%以上、より好ましくは1%以上、さらに好ましくは1.5%以上である。BaOの含有量が18%超では、ガラス基板の平均熱膨張係数が大きくなるおそれがある。また比重も大きくなるとともに密度が増大し、ガラスが脆くなるおそれがある。BaOの含有量は、好ましくは8%以下であり、より好ましくは6%以下であり、さらに好ましくは5%以下であり、特に好ましくは4%以下である。 BaO has an effect of reducing the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting. BaO can be contained in the glass substrate at 18% or less. The content of BaO is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, and further preferably 1.5% or more. If the content of BaO exceeds 18%, the average thermal expansion coefficient of the glass substrate may be increased. In addition, the specific gravity increases, the density increases, and the glass may become brittle. The BaO content is preferably 8% or less, more preferably 6% or less, still more preferably 5% or less, and particularly preferably 4% or less.
Na2Oは、CIGS等の光電変換層を備える太陽電池の発電効率向上に寄与する成分である。また、Na2Oは、ガラス溶解温度での粘性を下げ、溶解し易くする効果がある。Naはガラス基板上に構成された光電変換層中に拡散し、発電効率を高めることができる。Na2Oの含有量が1%未満ではガラス基板上の光電変換層へのNa拡散量が不十分となり、発電効率も不十分となるおそれがある。Na2Oの含有量は、好ましくは2%以上、より好ましくは2.5%以上、さらに好ましくは3%以上であり、特に好ましくは3.5%以上である。Na2Oの含有量が20%超ではガラス転移点温度が低下し、平均熱膨張係数が大きくなり、または化学的耐久性が劣化する。Na2Oの含有量は、好ましくは15%以下であり、より好ましくは11%以下であり、さらに好ましくは9%以下であり、特に好ましくは7%以下である。 Na 2 O is a component that contributes to improving the power generation efficiency of a solar cell including a photoelectric conversion layer such as CIGS. Further, Na 2 O has an effect of lowering the viscosity at the glass melting temperature and facilitating melting. Na diffuses into the photoelectric conversion layer formed on the glass substrate, and can improve power generation efficiency. If the content of Na 2 O is less than 1%, the amount of Na diffusion into the photoelectric conversion layer on the glass substrate becomes insufficient, and the power generation efficiency may be insufficient. The content of Na 2 O is preferably 2% or more, more preferably 2.5% or more, still more preferably 3% or more, and particularly preferably 3.5% or more. If the content of Na 2 O exceeds 20%, the glass transition temperature decreases, the average thermal expansion coefficient increases, or the chemical durability deteriorates. The content of Na 2 O is preferably 15% or less, more preferably 11% or less, still more preferably 9% or less, and particularly preferably 7% or less.
K2Oは、Na2Oと同様の効果を示す。さらに、K2Oは、Na2OがCIGS等の光電変換層を備える太陽電池の発電効率向上に寄与する効果を促進する成分である。K2Oの含有量が0.1%未満では太陽電池の発電効率が不十分になるおそれがある。K2Oの含有量は、好ましくは2%以上、より好ましくは3%以上、さらに好ましくは3.5%以上である。K2Oの含有量が20%超ではかえってNaの拡散が阻害され、発電効率が低下する、またはガラス転移点温度が低下し、平均熱膨張係数が大きくなるおそれがある。K2Oの含有量は、好ましくは15%以下であり、より好ましくは12%以下であり、さらに好ましくは10%以下であり、特に好ましくは6%以下である。 K 2 O exhibits the same effect as Na 2 O. Furthermore, K 2 O is a component that promotes the effect that Na 2 O contributes to the improvement of power generation efficiency of a solar cell including a photoelectric conversion layer such as CIGS. If the content of K 2 O is less than 0.1%, the power generation efficiency of the solar cell may be insufficient. The content of K 2 O is preferably 2% or more, more preferably 3% or more, and further preferably 3.5% or more. If the content of K 2 O exceeds 20%, the diffusion of Na is inhibited, and the power generation efficiency is lowered, or the glass transition temperature is lowered, and the average thermal expansion coefficient may be increased. The content of K 2 O is preferably 15% or less, more preferably 12% or less, still more preferably 10% or less, and particularly preferably 6% or less.
ZrO2はガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進し、Tgを上げる効果がある成分であり、10.5%まで含有させてもよい。ZrO2の含有量は、好ましくは0.5%以上、より好ましくは1%以上、さらに好ましくは1.5%以上であり、特に好ましくは2%以上である。ZrO2を10.5%超まで含有すると、発電効率が低下し、失透温度が上昇し、またガラス基板の平均熱膨張係数が増大するおそれがある。ZrO2の含有量は、好ましくは9%以下であり、より好ましくは7%以下であり、さらに好ましくは5%以下である。 ZrO 2 is a component that has the effect of lowering the viscosity at the time of melting the glass, promoting the melting, and increasing the Tg, and may be incorporated up to 10.5%. The ZrO 2 content is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, still more preferably 1.5% or more, and particularly preferably 2% or more. If ZrO 2 is contained up to more than 10.5%, the power generation efficiency is lowered, the devitrification temperature is increased, and the average thermal expansion coefficient of the glass substrate may be increased. The ZrO 2 content is preferably 9% or less, more preferably 7% or less, and even more preferably 5% or less.
ガラス溶解温度での粘性を十分に下げるために、またCIGS太陽電池の発電効率向上のために、Na2O及びK2Oは合量で30%まで含有してもよい。Na2O及びK2Oの合量は、好ましくは5%以上であり、より好ましくは8%以上、さらに好ましくは9%以上である。Na2O及びK2Oの合量が30%超ではTgが下がりすぎ、平均熱膨張係数が上がりすぎるおそれがある。Na2O及びK2Oの合量は、好ましくは20%以下であり、より好ましくは17%以下、さらに好ましくは15%以下、特に好ましくは13%以下である。 In order to sufficiently lower the viscosity at the glass melting temperature and to improve the power generation efficiency of the CIGS solar cell, Na 2 O and K 2 O may be combined up to 30%. The total amount of Na 2 O and K 2 O is preferably 5% or more, more preferably 8% or more, and further preferably 9% or more. If the total amount of Na 2 O and K 2 O exceeds 30%, Tg is too low and the average thermal expansion coefficient may be too high. The total amount of Na 2 O and K 2 O is preferably 20% or less, more preferably 17% or less, still more preferably 15% or less, and particularly preferably 13% or less.
ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進させる点から、MgO、CaO、SrO及びBaOの合量を1〜40%とすることができる。MgO、CaO、SrO及びBaOの合量は、6%以上が好ましく、9%以上がより好ましく、12%以上がさらに好ましく、14%以上が特に好ましい。MgO、CaO、SrO及びBaOの合量が40%超では平均熱膨張係数が大きくなり、失透温度が上昇するおそれがある。MgO、CaO、SrO及びBaOの合量は、30%以下が好ましく、25%以下がより好ましく、22%以下がさらに好ましい。 The total amount of MgO, CaO, SrO and BaO can be made 1 to 40% from the viewpoint of reducing the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting. The total amount of MgO, CaO, SrO and BaO is preferably 6% or more, more preferably 9% or more, further preferably 12% or more, and particularly preferably 14% or more. If the total amount of MgO, CaO, SrO and BaO exceeds 40%, the average thermal expansion coefficient increases, and the devitrification temperature may increase. The total amount of MgO, CaO, SrO and BaO is preferably 30% or less, more preferably 25% or less, and even more preferably 22% or less.
本実施形態のガラス基板1は、本質的に上記組成からなることが好ましい。なお、本実施形態のガラス基板1は、本発明の目的を損なわない範囲で、その他の成分を、典型的には合計5%以下で含有してもよい。例えば、耐候性、溶解性、失透性、紫外線遮蔽等の改善を目的に、ガラス基板1は、B2O3、ZnO、Li2O、WO3、Nb2O5、V2O5、Bi2O3、MoO3、およびP2O5等の内、少なくともいずれかを含有してもよい。
特に、溶解性を向上させる等のために、ガラス基板1は、B2O3を2%まで含有してもよい。B2O3の含有量が2%を超えるガラス基板は、ガラス転移点温度が下がる、または平均熱膨張係数が小さくなり、CIGS膜等の光電変換層を形成するプロセスにとって好ましくない。B2O3の含有量は、1%以下が好ましく、0.5%以下がより好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。
なお、本明細書において、「実質的に含有しない」とは、原料等から混入する不可避的不純物以外には含有しないこと、すなわち、ガラス中に意図的に含有させないことを意味する。
It is preferable that the
In particular, the
In the present specification, “substantially does not contain” means that it is not contained other than inevitable impurities mixed from raw materials or the like, that is, it is not intentionally contained in glass.
ガラスの化学的耐久性向上とヤング率向上のため、ガラス基板1は、Y2O3、La2O3及びTiO2の内、少なくともいずれかを合計5%以下で含有していてもよい。
In order to improve the chemical durability and the Young's modulus of glass, the
ガラスの色調を調整するため、ガラス基板1は、Fe2O3等の着色剤を含有していてもよい。このような着色剤の含有量は、上記したガラス組成を100%としたときに、外割りで合量1%以下が好ましい。
As2O3、Sb2O3、およびZnOも、ガラスの色調を調整することができる成分ではある。しかし、環境負荷を考慮して、ガラス基板1は、As2O3、およびSb2O3を実質的に含有しないことが好ましい。また、安定してフロート成形することを考慮すると、ガラス基板1は、ZnOを実質的に含有しないことが好ましい。
In order to adjust the color tone of the glass, the
As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , and ZnO are also components that can adjust the color tone of the glass. However, in consideration of environmental load, it is preferable that the
ガラスの溶解性、および清澄性を向上させるため、ガラス基板1は、SO3と、Fを含む無機化合物と、Clを含む無機化合物と、SnO2とからなる群から選択される少なくともいずれかの化合物を、上記したガラス組成を100%としたときに、外割りで合量2%まで添加してもよい。
In order to improve the solubility and clarity of glass, the
本実施形態によるガラス基板1は、太陽電池用ガラス基板に好ましく用いることができ、より好ましくはCIGS太陽電池用ガラス基板に用いることができる。この場合、太陽電池作製時の搬送工程において、ガラスにキズをつき難くすることができる。
さらにガラス基板1によれば、太陽電池として屋外に設置した際に、酸性雨などによるガラス基板の腐食を防ぐことができる。
The
Furthermore, according to the
〔実施形態の変形〕
本発明は、前記実施形態に限定されない。本発明は、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良等も含む。
[Modification of Embodiment]
The present invention is not limited to the embodiment. The present invention includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
本発明は、第一の基板表面に水素処理工程が実施される態様に限定されず、他の基板表面にも同様の水素処理工程が実施される態様も含まれる。例えば、第一の基板と対向する第二の基板にも水素処理が施されてもよい。 The present invention is not limited to an embodiment in which the hydrogen treatment process is performed on the first substrate surface, and includes an embodiment in which the same hydrogen treatment process is performed on the other substrate surfaces. For example, hydrogen treatment may be performed on the second substrate facing the first substrate.
前記実施形態では、第一の基板表面に水素処理が施される態様を例に挙げて説明したが、本発明は、水素処理工程の代わりに、露点が−10℃以下の雰囲気内にガラス基板を通過させる工程を含むガラス基板製造方法であってもよい。その他、露点が−10℃以下の雰囲気は、水蒸気を実質的に含まない雰囲気内を通過させる工程であっても、露点が−10℃以下である乾燥空気を暖めて循環させた雰囲気内を通過させる工程であってもよい。 In the above embodiment, the mode in which the hydrogen treatment is performed on the surface of the first substrate has been described as an example. It may be a glass substrate manufacturing method including a step of passing through. In addition, an atmosphere having a dew point of −10 ° C. or lower passes through an atmosphere in which dry air having a dew point of −10 ° C. or lower is heated and circulated even in a process of passing through an atmosphere substantially free of water vapor. It may be a process of making it.
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
表1に示した各組成A、B、CおよびDとなるように原料を調合し、フロート法によりガラス基板を製造した。
ガラス基板の製造工程中、ガラス基板の表面に対し水素処理を施す水素処理工程を実施した。水素処理が施されたガラス基板の表面を第一の基板表面とした。水素処理工程に用いたガスは、水素および窒素の混合ガスであり、表2および表3には混合ガス中の水素濃度が示されている。水素処理の条件を表2および表3に示す。なお、表3において水素処理濃度の欄が「なし」と表示されている比較例では、水素処理が施されていないことを意味する。
The raw materials were prepared so as to have the compositions A, B, C and D shown in Table 1, and a glass substrate was produced by the float process.
During the manufacturing process of the glass substrate, a hydrogen treatment process for performing hydrogen treatment on the surface of the glass substrate was performed. The surface of the glass substrate that had been subjected to hydrogen treatment was used as the first substrate surface. The gas used in the hydrogen treatment step is a mixed gas of hydrogen and nitrogen, and Tables 2 and 3 show the hydrogen concentration in the mixed gas. Tables 2 and 3 show the conditions for the hydrogen treatment. In Table 3, in the comparative example in which the column of hydrogen treatment concentration is displayed as “none”, it means that no hydrogen treatment is performed.
製造したガラス基板について、以下の方法により物性等を測定した。 About the manufactured glass substrate, the physical property etc. were measured with the following method.
(1)ガラス転移温度Tg
ガラス転移温度Tgは、JIS R3103−3(2001年度)に基づき、示差熱膨張計(TMA)を用いて測定した。測定結果を表2および表3に示す。
(1) Glass transition temperature Tg
The glass transition temperature Tg was measured using a differential thermal dilatometer (TMA) based on JIS R3103-3 (FY2001). The measurement results are shown in Table 2 and Table 3.
(2)ビッカース硬度Hv
製造したガラス基板を、下記サイズに切断し、ビッカース硬度測定用の試験片を得た。
サンプルサイズ: 30mm×30mm、厚さ1.1mm
測定面:#1000の砥石を用いて研磨した後、酸化セリウムを用いて鏡面仕上げを行った。
ビッカース硬度の測定には、島津製作所製のHMV−2を用いた。
DP(Dew Point、露点):露点が−50℃の雰囲気の条件で、ガラス基板の第一の基板表面にF=0.1kgf(=0.98N)の荷重でビッカース圧子を打ち込み、得られたビッカース圧痕の各対角線の長さの平均値をdとして、以下の式よりHvを算出した。JIS Z 2244に記載の方法で実施した。
Hv : 1.8544×F[kgf]÷d2[mm2]
各試験片に対し、圧子を12点、打ち込み、最大値と最小値を除いた10点の平均値をHvとした。
水素処理が施された第一の基板表面のビッカース硬度を第一のビッカース硬度Hv1[N/mm2]とした。水素処理を施していないガラス基板に関しては、未処理面に対してビッカース硬度測定を行い、第一のビッカース硬度Hv1を測定した。
第一の基板表面を5000nm以上研磨して露出した露出面のビッカース硬度を第二のビッカース硬度Hv2[N/mm2]とした。
表2および表3には、第一のビッカース硬度Hv1、並びに第一のビッカース硬度Hv1と第二のビッカース硬度Hv2との比Hv1/Hv2を示した。
(2) Vickers hardness Hv
The manufactured glass substrate was cut into the following sizes to obtain test pieces for measuring Vickers hardness.
Sample size: 30mm x 30mm, thickness 1.1mm
Measurement surface: Polished with a # 1000 grindstone and then mirror-finished with cerium oxide.
For measurement of Vickers hardness, HMV-2 manufactured by Shimadzu Corporation was used.
DP (Dew Point, dew point): obtained by driving a Vickers indenter with a load of F = 0.1 kgf (= 0.98 N) on the first substrate surface of the glass substrate under the condition of an atmosphere having a dew point of −50 ° C. Hv was calculated from the following equation, where d is the average length of the diagonal lines of the Vickers indentation. The method was described in JIS Z 2244.
Hv: 1.8544 × F [kgf] ÷ d 2 [mm 2 ]
For each test piece, 12 points of indenter were driven in, and the average value of 10 points excluding the maximum and minimum values was defined as Hv.
The Vickers hardness of the surface of the first substrate subjected to the hydrogen treatment was defined as the first Vickers hardness Hv1 [N / mm 2 ]. For the glass substrate not subjected to hydrogen treatment, the Vickers hardness measurement was performed on the untreated surface, and the first Vickers hardness Hv1 was measured.
The Vickers hardness of the exposed surface exposed by polishing the first substrate surface of 5000 nm or more was defined as the second Vickers hardness Hv2 [N / mm 2 ].
Tables 2 and 3 show the first Vickers hardness Hv1 and the ratio Hv1 / Hv2 between the first Vickers hardness Hv1 and the second Vickers hardness Hv2.
(3)水素イオン濃度
水素イオン濃度は、D−SIMS(二次イオン質量分析計)を用いて分析した。一次イオンをCs+とした。測定装置は、アルバック・ファイ株式会社製の装置(製品名:ADEPT1010)を用いた。
(3) Hydrogen ion concentration The hydrogen ion concentration was analyzed using D-SIMS (secondary ion mass spectrometer). The primary ion was Cs + . As a measuring apparatus, an apparatus (product name: ADEPT1010) manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd. was used.
ガラス基板の第一の基板表面からの深さが2μmまでの範囲における水素イオン濃度の測定条件は、下記の通りとした。水素処理の未実施面についても同様とした。
加速電圧 :3kV
ビーム電流 :100nA
ラスターサイズ:300×300μm2
試料角度 :45°
The measurement conditions of the hydrogen ion concentration in the range where the depth from the first substrate surface of the glass substrate is up to 2 μm were as follows. The same applies to the untreated surface of the hydrogen treatment.
Acceleration voltage: 3 kV
Beam current: 100 nA
Raster size: 300 × 300 μm 2
Sample angle: 45 °
ガラス基板の第一の基板表面からの深さが2μmを超え17μmまでの範囲における水素イオン濃度の測定条件は、下記の通りとした。水素処理の未実施面についても同様とした。
加速電圧 :5kV
ビーム電流 :700nA
ラスターサイズ:300×300μm2
試料角度 :45°
The measurement conditions of the hydrogen ion concentration in the range where the depth from the surface of the first substrate of the glass substrate exceeds 2 μm and reaches 17 μm are as follows. The same applies to the untreated surface of the hydrogen treatment.
Acceleration voltage: 5 kV
Beam current: 700 nA
Raster size: 300 × 300 μm 2
Sample angle: 45 °
本実施例および比較例では、第一の基板表面から500nm以上600nm以下の深さにおける水素イオン濃度の平均値を算出し、第一の水素イオン濃度をX[ppm]とした。
本実施例および比較例では、第一の基板表面から40nm以上60nm以下の深さにおける第二の水素イオン濃度の平均値を算出し、Y[ppm]とした。
In this example and comparative example, the average value of the hydrogen ion concentration at a depth of 500 nm to 600 nm from the surface of the first substrate was calculated, and the first hydrogen ion concentration was set to X [ppm].
In this example and the comparative example, the average value of the second hydrogen ion concentration at a depth of 40 nm or more and 60 nm or less from the first substrate surface was calculated and defined as Y [ppm].
表4に、組成A(実施例2、3、比較例1)のガラス基板における第一の水素イオン濃度XA[ppm]および第二の水素イオン濃度YA[ppm]を示す。 Table 4 shows the first hydrogen ion concentration X A [ppm] and the second hydrogen ion concentration Y A [ppm] in the glass substrate having the composition A (Examples 2 and 3 and Comparative Example 1).
表5には、組成B(実施例5、比較例2)のガラス基板における第一の水素イオン濃度XB[ppm]および第二の水素イオン濃度YB[ppm]を示す。 Table 5 shows the first hydrogen ion concentration X B [ppm] and the second hydrogen ion concentration Y B [ppm] in the glass substrate having the composition B (Example 5, Comparative Example 2).
表6には、ガラス基板の表面における水素イオン濃度が、半分になるガラス基板深さを示す。 Table 6 shows the glass substrate depth at which the hydrogen ion concentration on the surface of the glass substrate is halved.
表6に示すように、水素処理を施すことによりガラス基板の表層における水素イオン濃度が高くなることが分かった。水素処理が施されていないと、水素イオン濃度が急激に低くなることが分かった。 As shown in Table 6, it was found that the hydrogen ion concentration in the surface layer of the glass substrate was increased by performing the hydrogen treatment. It has been found that the hydrogen ion concentration rapidly decreases when no hydrogen treatment is performed.
(4)元素プロファイル
ガラス基板の第一の基板表面から深さ30nmおよび深さ5000nmにおける各原子の濃度比を表2および表3に示す。それぞれの深さにおける各原子の濃度は、X線光電子分光装置(アルバック・ファイ株式会社製;製品名ESCA5500)を用いて測定した。
測定角度 :75度
デプス測定条件:Pass Energy:117.4 [eV]
Energy Step:0.50[eV/step]
スパッタイオン:C60 +
スパッタレート:約1nm/min(SiO2換算)
測定間隔 :5minごと
各元素の濃度は、研磨品のプロファイル及びガラス計算組成(ac%)を用い、換算した。
(4) Element profile Tables 2 and 3 show the concentration ratio of each atom at a depth of 30 nm and a depth of 5000 nm from the first substrate surface of the glass substrate. The concentration of each atom at each depth was measured using an X-ray photoelectron spectrometer (manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd .; product name ESCA5500).
Measurement angle: 75 degrees Depth measurement condition: Pass Energy: 117.4 [eV]
Energy Step: 0.50 [eV / step]
Sputter ion: C 60 +
Sputtering rate: about 1 nm / min (SiO 2 conversion)
Measurement interval: Every 5 min
The concentration of each element was converted using the profile of the polished product and the calculated glass composition (ac%).
ガラス基板の第一の基板表面から30nmまでの研削は、C60イオンビームによりスパッタエッチングした。ガラス基板表面から5000nmまでの研削は、まず、4000nmまで酸化セリウムの水スラリーで研削した後、C60イオンビームによりスパッタエッチングした。
表面Na比は、深さ5000nmでのNa原子濃度(Na5000)に対する、深さ30nmでのNa原子濃度(Na30)の比(Na30/Na5000)とした。
表面K比は、深さ5000nmでのK原子濃度(K5000)に対する、深さ30nmでのK原子濃度(K30)の比(K30/K5000)とした。
表面Ca比は、深さ5000nmでのCa原子濃度(Ca5000)に対する、深さ30nmでのCa原子濃度(Ca30)の比(Ca30/Ca5000)とした。
表面Sr比は、深さ5000nmでのSr原子濃度(Sr5000)に対する、深さ30nmでのSr原子濃度(Sr30)の比(Sr30/Sr5000)とした。
表面Ba比は、深さ5000nmでのBa原子濃度(Ba5000)に対する、深さ30nmでのBa原子濃度(Ba30)の比(Ba30/Ba5000)とした。
Grinding from the first substrate surface of a glass substrate to 30nm were sputter etched by C 60 ion beam. Grinding from the glass substrate surface to 5000nm, first, after grinding with a water slurry of cerium oxide to 4000 nm, and sputter etching by C 60 ion beam.
The surface Na ratio was the ratio (Na 30 / Na 5000 ) of the Na atom concentration (Na 30 ) at a depth of 30 nm to the Na atom concentration (Na 5000 ) at a depth of 5000 nm.
The surface K ratio was the ratio (K 30 / K 5000 ) of the K atom concentration (K 30 ) at a depth of 30 nm to the K atom concentration (K 5000 ) at a depth of 5000 nm.
The surface Ca ratio was the ratio of the Ca atom concentration (Ca 30 ) at a depth of 30 nm (Ca 30 / Ca 5000 ) to the Ca atom concentration (Ca 5000 ) at a depth of 5000 nm.
The surface Sr ratio was defined as the ratio (Sr 30 / Sr 5000 ) of the Sr atom concentration (Sr 30 ) at a depth of 30 nm to the Sr atom concentration (Sr 5000 ) at a depth of 5000 nm.
The surface Ba ratio was the ratio (Ba 30 / Ba 5000 ) of the Ba atom concentration (Ba 30 ) at a depth of 30 nm to the Ba atom concentration (Ba 5000 ) at a depth of 5000 nm.
(5)耐酸性
水素処理工程を実施せずに製造した徐冷後のガラス基板を切断し、6つの面を鏡面研磨し、下記サイズの耐酸性試験用の試験片を得た。
試験片のサイズ: 30mm×30mm、厚さ1.1mm
板状のガラス(試験片)を#1000の砥石を用いて300μm〜1000μm研削した。その後、酸化セリウムを用いて研磨して、試験片の表面を鏡面とした。鏡面加工後の試験片表面に付着していた加工歪を除去した。
(5) Acid resistance The glass substrate after the slow cooling produced without implementing a hydrogen treatment process was cut | disconnected, 6 surfaces were mirror-polished, and the test piece for the acid resistance test of the following size was obtained.
Test piece size: 30 mm x 30 mm, thickness 1.1 mm
The plate-like glass (test piece) was ground by 300 μm to 1000 μm using a # 1000 grindstone. Then, it grind | polished using cerium oxide and made the surface of the test piece the mirror surface. The processing strain adhering to the surface of the test piece after mirror finishing was removed.
試験片を90℃に維持された1モル/リットルの希塩酸に20時間浸漬させて、浸漬前後の試験片の表面積当たりの重量減少量(溶出量[mg/cm2])を測定した。
試験片の表面に水素処理を施した後に、上述の耐酸性試験を実施した時の溶出量を第一の溶出量Z1[μg]とした。試験片に水素処理を施さずに、上述の耐酸性試験を実施した時の溶出量を第二の溶出量Z2[μg]とした。表2および表3には、水素処理後の試験片からの溶出量、並びに第一の溶出量Z1と第二の溶出量Z2との比Z1/Z2を示した。
The test piece was immersed in 1 mol / liter dilute hydrochloric acid maintained at 90 ° C. for 20 hours, and the weight loss per surface area of the test piece before and after immersion (elution amount [mg / cm 2 ]) was measured.
After the surface of the test piece was subjected to hydrogen treatment, the elution amount when the above acid resistance test was performed was defined as a first elution amount Z1 [μg]. The elution amount when the above acid resistance test was carried out without subjecting the test piece to hydrogen treatment was defined as a second elution amount Z2 [μg]. Tables 2 and 3 show the elution amount from the test piece after the hydrogen treatment and the ratio Z1 / Z2 between the first elution amount Z1 and the second elution amount Z2.
(6)SO2処理後の硫酸塩の組成:R2O/(R2O+RO)
ガラス基板の第一の基板表面に対向する面(非分析面(ガラスボトム面))をPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)でマスキングした。チャック付きのプラスチック製の袋にマスキング後のガラス基板を入れ、さらに超純水5mLを袋に添加した。チャックを閉じて、28kHzの条件で、30分間、超音波処理を行った。超音波処理後、袋からガラス基板を取り出した。袋に残った溶出液に濃硝酸5mLを添加して、マイクロウェーブ分解を行った。分解液を取り出した後、超純水で20mLに定容した。定容液中の各元素についてICP−MSで定量した。装置は、Agilent Technology株式会社製Agilent8800を用いた。
(6) Composition of sulfate after SO 2 treatment: R 2 O / (R 2 O + RO)
The surface (non-analytical surface (glass bottom surface)) facing the first substrate surface of the glass substrate was masked with PTFE (polytetrafluoroethylene). The masked glass substrate was placed in a plastic bag with a chuck, and 5 mL of ultrapure water was further added to the bag. The chuck was closed and sonication was performed for 30 minutes under the condition of 28 kHz. After the ultrasonic treatment, the glass substrate was taken out from the bag. Microwave decomposition was performed by adding 5 mL of concentrated nitric acid to the eluate remaining in the bag. After taking out the decomposition solution, the volume was adjusted to 20 mL with ultrapure water. Each element in the constant volume solution was quantified by ICP-MS. As the apparatus, Agilent 8800 manufactured by Agilent Technology Co., Ltd. was used.
水素処理工程の水素処理済みの第一の基板表面にサンプルのガラス転移点よりも50℃高い温度でSO2ガスを接触させたガラス基板を用いて、上述の方法により定容液を作製し、定量を行った。この場合の、硫酸塩の第一のモル分率をM1=R2SO4/(R2SO4+R’SO4)とした。Rは、NaおよびKの少なくともいずれかであり、R’は、Mg、Ca、Sr、およびBaの少なくともいずれかである。
水素処理を施していないガラス基板表面に、サンプルのガラス転移点よりも50℃高い温度でSO2ガスを接触させたガラス基板を用いて、上述の方法により定容液を作製し、定量を行った。この場合の、硫酸塩の第二のモル分率をM2=R2SO4/(R2SO4+R’SO4)とした。
SO2処理条件は、以下の通りである。
処理温度:Tg+50℃
露点 :45℃
処理工程:N2雰囲気下で5分間予熱を行い、続いて、10体積%SO2ガス、並びに空気およびアルゴンの混合ガスをガラス基板の表面に吹き付けた。10体積%SO2ガスを0.20L/分の条件で、並びに空気およびアルゴンの混合ガスを1.40L/分の条件で5分間保持した。続いて、N2雰囲気下の室温で5分冷却した。
表2および表3には、第一のモル分率M1と第二のモル分率M2との比M1/M2を示した。
Using a glass substrate in which SO 2 gas is brought into contact with the surface of the first hydrogen-treated substrate in the hydrogen treatment step at a
Using a glass substrate in which SO 2 gas is brought into contact with a glass substrate surface that has not been subjected to hydrogen treatment at a
The SO 2 treatment conditions are as follows.
Processing temperature: Tg + 50 ° C
Dew point: 45 ° C
Treatment step: Preheating was performed for 5 minutes in an N 2 atmosphere, and then a 10% by volume SO 2 gas and a mixed gas of air and argon were sprayed onto the surface of the glass substrate. 10 volume% SO 2 gas was maintained under the condition of 0.20 L / min and a mixed gas of air and argon was maintained under the condition of 1.40 L / min for 5 minutes. Followed by cooling at room temperature for 5 minutes under N 2 atmosphere.
Tables 2 and 3 show the ratio M1 / M2 between the first molar fraction M1 and the second molar fraction M2.
(7)ガラス基板中のアルミニウムの配位数
組成A、B、およびCのガラス基板におけるアルミニウムの配位数を27Al−MAS NMRスペクトルに基づいて確認した。当該NMRスペクトルの測定は、JEOL RESONANCE社製ECA600を用いた。測定条件は、下記の通りである。図3に当該NMRスペクトルを示す。
測定条件
プローブ:3.2mm MQMASプローブ
測定法 :single pulse法
積算回数:512回
P.D. :2秒
MAS速度:20kHz
(7) Coordination number of aluminum in glass substrate The coordination number of aluminum in the glass substrate of composition A, B, and C was confirmed based on the 27 Al-MAS NMR spectrum. For the measurement of the NMR spectrum, ECA600 manufactured by JEOL RESONANCE was used. The measurement conditions are as follows. FIG. 3 shows the NMR spectrum.
Measurement conditions Probe: 3.2 mm MQMAS probe Measurement method: single pulse method Integration count: 512 times D .: 2 seconds MAS speed: 20 kHz
本実施例では、20ppm以上85ppm以下の範囲における検出値を4配位由来とし、10ppm以上40ppm以下における検出値を5配位由来とし、−20ppm以上15ppm以下における検出値を6配位由来と判断した。各範囲の領域で積分し、20ppm以上85ppm以下の範囲の積算強度を第一の積算強度αとし、10ppm以上40ppm以下の範囲の積算強度を第二の積算強度βとし、−20ppm以上15ppm以下の範囲の積算強度を第三の積算強度γとした。4配位の積算強度比をα/(α+β+γ)とし、5配位の積算強度比をβ/(α+β+γ)とし、6配位の積算強度比をγ/(α+β+γ)とした。算出した結果を表7に示す。 In this example, the detection value in the range of 20 ppm or more and 85 ppm or less is derived from 4-coordination, the detection value in 10 ppm or more and 40 ppm or less is derived from 5 coordination, and the detection value in −20 ppm or more and 15 ppm or less is determined to be derived from 6 coordination. did. Integrating in the range of each range, the integrated intensity in the range of 20 ppm to 85 ppm is the first integrated intensity α, the integrated intensity in the range of 10 ppm to 40 ppm is the second integrated intensity β, and is −20 ppm to 15 ppm. The integrated intensity of the range was defined as the third integrated intensity γ. The 4-coordinate integrated intensity ratio was α / (α + β + γ), the 5-coordinate integrated intensity ratio was β / (α + β + γ), and the 6-coordinate integrated intensity ratio was γ / (α + β + γ). The calculated results are shown in Table 7.
表7に示されているように、組成A、B、およびCのガラス基板のいずれも95%以上が4配位と算出された。
なお、別途、MQ−MASによる測定を実施したところ4配位以外アルミニウムに由来するピークは検出されなかった。
As shown in Table 7, 95% or more of the glass substrates having compositions A, B, and C were calculated as 4-coordinate.
In addition, when the measurement by MQ-MAS was implemented separately, the peak derived from aluminum other than 4-coordination was not detected.
上述の結果から、実施例1〜7のガラス基板は、ガラス表面の耐酸性および強度が高く、より洗浄除去し易い硫酸塩保護膜を形成可能であるガラス基板であることが分かった。 From the above-mentioned results, it was found that the glass substrates of Examples 1 to 7 were glass substrates having high acid resistance and strength on the glass surface and capable of forming a sulfate protective film that was easier to wash and remove.
本発明は、ガラス基板として利用できる。 The present invention can be used as a glass substrate.
1…ガラス基板、11…第一の基板表面。 1 ... Glass substrate, 11 ... First substrate surface.
Claims (5)
第一の基板表面を有し、
ケイ素と、アルカリ金属と、アルカリ土類金属と、酸素と、を含み、
Al2O3の含有量が、酸化物基準の質量百分率で、10%以上であり、
ガラス転移温度が640℃以上であり、
前記第一の基板表面から500nm以上5000nm以下のいずれかの深さにおける第一の水素イオン濃度をX[ppm]とし、
前記第一の基板表面から40nm以上60nm以下のいずれかの深さにおける第二の水素イオン濃度をY[ppm]とした場合、
水素イオン濃度比Y/Xが3.0以上8.3以下であって、
前記ガラス基板の27Al−MAS NMRスペクトルにおいて、
20ppm以上85ppm以下の範囲の積算強度を第一の積算強度αとし、
10ppm以上40ppm以下の範囲の積算強度を第二の積算強度βとし、
−20ppm以上15ppm以下の範囲の積算強度を第三の積算強度γとした場合、
α/(α+β+γ)が0.9以上であり、
90℃に維持された濃度1モル/リットルの希塩酸に20時間浸漬させる耐酸性試験を実施した時の溶出量が0.5mg/cm2以下であり、ビッカース硬度Hvが500以上である、ガラス基板。 A glass substrate,
Having a first substrate surface;
Silicon, an alkali metal, an alkaline earth metal, and oxygen,
The content of Al 2 O 3 is 10 % or more by mass percentage based on oxide,
The glass transition temperature is 640 ° C. or higher,
The first hydrogen ion concentration at any depth of 500 nm or more and 5000 nm or less from the surface of the first substrate is X [ppm],
When the second hydrogen ion concentration at any depth from 40 nm to 60 nm from the first substrate surface is Y [ppm],
The hydrogen ion concentration ratio Y / X is 3.0 or more and 8.3 or less,
In the 27 Al-MAS NMR spectrum of the glass substrate,
The integrated intensity in the range of 20 ppm to 85 ppm is defined as the first integrated intensity α,
The integrated intensity in the range of 10 ppm to 40 ppm is defined as the second integrated intensity β,
When the integrated intensity in the range of −20 ppm or more and 15 ppm or less is the third integrated intensity γ,
α / (α + β + γ) is 0.9 or more,
A glass substrate having an elution amount of 0.5 mg / cm 2 or less and a Vickers hardness Hv of 500 or more when an acid resistance test is conducted by immersing in dilute hydrochloric acid having a concentration of 1 mol / liter maintained at 90 ° C. for 20 hours. .
前記第一の基板表面を5000nm以上研磨して露出した第一の露出面に300℃以上でSO2ガスを接触させた場合に生成する硫酸塩の第二のモル分率が、M2=R2SO4/(R2SO4+R’SO4)で表され、
Rは、NaおよびKの少なくともいずれかであり、
R’は、Mg、Ca、Sr、およびBaの少なくともいずれかであり、
前記第一のモル分率M1と前記第二のモル分率M2との比M1/M2が1.00以上である、
請求項1に記載のガラス基板。 The first molar fraction of sulfate produced when SO 2 gas is brought into contact with the first substrate surface at 300 ° C. or higher is M1 = R 2 SO 4 / (R 2 SO 4 + R′SO 4 ). Represented by
The second molar fraction of sulfate produced when SO 2 gas is brought into contact with the first exposed surface exposed by polishing the first substrate surface of 5000 nm or more at 300 ° C. or higher is M2 = R 2. SO 4 / (R 2 SO 4 + R′SO 4 ),
R is at least one of Na and K;
R ′ is at least one of Mg, Ca, Sr, and Ba;
The ratio M1 / M2 between the first molar fraction M1 and the second molar fraction M2 is 1.00 or more,
The glass substrate according to claim 1.
前記第一の基板表面を5000nm以上研磨し、研磨後に前記ガラス基板を矩形状に切り出し、6つの面をさらに鏡面研磨し、厚さが1.1mmであり、一辺の長さが30mmである第二の試験片を作製し、前記第二の試験片を、90℃に維持された濃度1モル/リットルの希塩酸に20時間浸漬させる耐酸性試験を実施した時の溶出量を第二の溶出量Z2[μg]とした場合、
前記第一の溶出量Z1と前記第二の溶出量Z2との比Z1/Z2が0.8以下である、
請求項1または請求項2に記載のガラス基板。 The glass substrate is cut into a rectangular shape, and six surfaces are mirror-polished to produce a first test piece having a thickness of 1.1 mm and a side length of 30 mm. The amount of elution when the acid resistance test was conducted for 20 hours in dilute hydrochloric acid with a concentration of 1 mol / liter maintained at 90 ° C. was defined as the first elution amount Z1 [μg],
The surface of the first substrate is polished by 5000 nm or more, and after polishing, the glass substrate is cut into a rectangular shape, six surfaces are further mirror-polished, the thickness is 1.1 mm, and the length of one side is 30 mm. The second elution amount is the second elution amount when an acid resistance test is performed in which two test pieces are prepared and the second test piece is immersed in dilute hydrochloric acid having a concentration of 1 mol / liter maintained at 90 ° C. for 20 hours. If Z2 [μg],
The ratio Z1 / Z2 between the first elution amount Z1 and the second elution amount Z2 is 0.8 or less,
The glass substrate of Claim 1 or Claim 2.
前記第一の基板表面を5000nm以上研磨して露出した露出面のビッカース硬度を第二のビッカース硬度Hv2[N/mm2]とした場合、
前記第一のビッカース硬度Hv1と前記第二のビッカース硬度Hv2との比Hv1/Hv2が1.00以上である、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のガラス基板。
ただし、ビッカース硬度の測定は、露点が−50℃の雰囲気であり、押し込み荷重が0.98Nである条件下、JIS Z 2244に記載の方法で実施される。 The Vickers hardness of the first substrate surface is defined as a first Vickers hardness Hv1 [N / mm 2 ],
When the Vickers hardness of the exposed surface exposed by polishing the first substrate surface of 5000 nm or more is the second Vickers hardness Hv2 [N / mm 2 ],
The ratio Hv1 / Hv2 between the first Vickers hardness Hv1 and the second Vickers hardness Hv2 is 1.00 or more.
The glass substrate as described in any one of Claims 1-3.
However, the measurement of Vickers hardness is carried out by the method described in JIS Z 2244 under the condition that the dew point is −50 ° C. and the indentation load is 0.98 N.
SiO2を51%以上60%以下、
Al2O3を10%以上14%以下、
MgOを0.05%以上3%以下、
CaOを5%以上8%以下、
SrOを7%以上12%以下、
BaOを1.58%以上7.65%以下、
Na2Oを4.29%以上5.93%以下、
K2Oを3.80%以上6.10%以下、
ZrO2を2.56%以上4.34%以下含む、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のガラス基板。 At a depth of 5000 nm or more from the surface of the first substrate, the mass percentage based on the following oxide:
SiO 2 51% or more and 60% or less,
Al 2 O 3 of 10 % or more and 14% or less,
MgO 0.05% to 3%,
CaO 5% or more and 8% or less,
SrO 7% to 12%,
BaO is 1.58% or more and 7.65% or less,
Na 2 O 4.29% or more and 5.93% or less,
K 2 O of 3.80% or more and 6.10% or less,
ZrO 2 is contained 2.56% or more and 4.34% or less,
The glass substrate as described in any one of Claims 1-4.
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