石墨烯是一種典型的二維納米材料，具有優異的力學、電學、光學等性能，在能源與電子等領域中具有應用前景。2010年，我國科研人員首次提出并實現了石墨烯/硅異質結太陽能電池，該模型結構簡單并有望與現有的半導體工藝結合，并被認為是石墨烯太陽能電池應用研究的重要結構之一（圖1）。

圖1基于石墨烯的各種太陽能電池模型結構

最近，美國麻省理工學院與我國清華大學、國家納米科學中心等科研人員合作研究了石墨烯/硅異質結的界面狀態（圖2）。通過討論該異質結的界面狀態，優化了該模型的結構，并最終實現了15.6%的光電轉換效率。該結果為石墨烯/硅異質結太陽能電池報道的最高記錄，也是石墨烯各類型太陽能電池光電轉換效率的最高結果之一。該研究不僅有助于理解石墨烯/硅的結構模型，還為其他類似的二維材料異質結構的研究供應了思路和借鑒。通過對石墨烯與太陽能電池光陽極材料中的充分利用，將有效的增強電子的傳輸速度，進一步降低電子之間的復合，從而實現光陽極關于染料的吸附能力，提高DSSC的綜合光電轉換效率。部分相關學者選擇通過低溫互凝結的方式促進石墨烯與TiO2的符合，發現在二者的比例為1比20的狀態下，復合的效果相對較好。在使用此狀態下的復合物作為光陽極的DSSC的效率更高于其他復合物的效率。另外，還有專家學者將不同含量的石墨烯與TiO2粉末進行混合，并用其溶液以旋轉涂覆方式覆蓋到ITO的玻璃上，以制備出光陽極。結果發現當石墨烯的含量為百分之一的狀態下，太陽能電池的綜合效率達到最高值。

太陽能電池是石墨烯應用的熱點領域之一。石墨烯幾乎對所有紅外線具有高透明性，有利于提升光能利用率。透光率升高會導致載流子密度降低，但由于石墨烯具有非常高的載流子遷移率，即使載流子密度非常小，也能確保一定的導電率，可以作為太陽能電池中的受體材料。