目前廣泛應用的透光電極材料為金屬氧化物如氧化銦錫等，但其對紅外光譜具有較強的吸收、熱穩定性較差、易碎，同時在使用時需要在其表面鍍一層鉑來提高其導電性，大大增加了制備成本。而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。石墨烯可以制備成柔性透明薄膜電極，克服了氧化銦錫易碎的弱點。

石墨烯具有良好的電學性能，可以作為太陽能電池中的受體材料。石墨烯可以和有機聚合物材料復合形成大的給受體界面，有利于電池中激子的擴散速率和載流子遷移率的提高，消除由于電荷傳輸路徑被破壞產生的二次聚集。如石墨烯可以和給體材料P3HT或者P3OT復合，縮短了電荷傳輸路徑；也可以將受體材料C60接枝到石墨烯表面，進一步提升電子導電率。石墨烯作為受體材料時，其結構上的缺陷將會降低電子傳輸能力，增加電子空穴的復合，無法顯著提高電池的光電轉換效率，因此減少石墨烯的缺陷，以及考慮石墨烯與給體材料的相互作用和匹配是關注的重點。

另外，石墨烯材料也被應用到各類太陽能電池的光陽極上。將石墨烯薄膜沉積在Si表面，有利于Si基肖特基電池的表面鈍化、摻雜及異質結的形成，且有效提升電池的光電轉換效率。在染料敏化太陽能電池中，將石墨烯與二氧化鈦形成復合物作為光陽極，意在充分利用二者的優點，改善電子傳輸速度，降低電子空穴的復合，進一步增加光陽極對染料的吸附，提高光電轉換效率。

大量研究表明石墨烯應用于太陽能電池的優越性和可行性，盡管光伏產業在過去幾年經歷了大起大落，但隨著國家對新能源開發利用的重視程度，太陽能電池的產銷具備持續增長能力，石墨烯的出現正好為光伏產業中一些亟需解決的技術難題提供了解決方案，未來石墨烯在光伏行業大有可為。