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グラフェン材料は、次世代の電子材料として期待されています。しかし、材料機能を制御するためには、ドーピングが必要です。このドーピング技術は、シリコン半導体の分野では、従来から行われてきた技術であり、ドーピング技術を駆使し、様々な半導体デバイスが生み出されています。一方、グラフェンへのドーピングでは、異種元素の導入にともない、そのグラフェンの特性の起源とも言うべき平面性が失われるという問題点があったため、カーボンデバイス開発に向けた大きな障壁となっ ていました。 本研究では、まず、n型グラフェンとして、ソリューションプラズマ合成技術により、EMIM-DCA（1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド）を原料とし て陽イオン性注窒素の導入を行いました。その結果、その平面性を維持することを可能にしました。窒素の含有率は重量比で16.5%です。15%以上の窒素を含み、 かつ、高い結晶性・平面性を有するグラフェンとしては、世界で唯一の材料と言えます。この半導体特性を調べた結果、p型半導体特性を示すことが分かりまし た。通常、窒素をドープした場合は、n型半導体注特性を示すことが一般的です。今回は、陽イオン性窒素を導入したことにより、正孔（ホール）をキャリアと して機能させることに成功しました。 さらに、n型グラフェン半導体、p型グラフェン半導体の材料合成を進めました。アニリンを原料としたテログラフェンの合成でも、p型グラフェンの合成に成功しました。一方、ピリジン及びボロン酸混合溶液から合成では、n型グラフェンの合成に成功しました。
そこで、まず、p型とn型半導体特性の効率を見るために、最近活性層で使用されるペロブスカイトを用いて予備実験を実施した結果、n型グラフェンとp型グラフェンの両方が活性層の太陽電池の効率を向上させる可能性があることが分かりました。
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