目前广泛应用的透光电极材料为金属氧化物如氧化铟锡等，但其对红外光谱具有较强的吸收、热稳定性较差、易碎，同时在使用时需要在其表面镀一层铂来提高其导电性，大大增加了制备成本。而石墨烯几乎对所有红外线具有高透明性，有利于提升光能利用率。透光率升高会导致载流子密度降低，但由于石墨烯具有非常高的载流子迁移率，即使载流子密度非常小，也能确保一定的导电率。石墨烯可以制备成柔性透明薄膜电极，克服了氧化铟锡易碎的弱点。
石墨烯具有良好的电学性能，可以作为太阳能电池中的受体材料。石墨烯可以和有机聚合物材料复合形成大的给受体界面，有利于电池中激子的扩散速率和载流子迁移率的提高，消除由于电荷传输路径被破坏产生的二次聚集。如石墨烯可以和给体材料P3HT或者P3OT复合，缩短了电荷传输路径;也可以将受体材料C60接枝到石墨烯表面，进一步提升电子导电率。石墨烯作为受体材料时，其结构上的缺陷将会降低电子传输能力，增加电子空穴的复合，无法显著提高电池的光电转换效率，因此减少石墨烯的缺陷，以及考虑石墨烯与给体材料的相互作用和匹配是关注的重点。
另外，石墨烯材料也被应用到各类太阳能电池的光阳极上。将石墨烯薄膜沉积在Si表面，有利于Si基肖特基电池的表面钝化、掺杂及异质结的形成，且有效提升电池的光电转换效率。在染料敏化太阳能电池中，将石墨烯与二氧化钛形成复合物作为光阳极，意在充分利用二者的优点，改善电子传输速度，降低电子空穴的复合，进一步增加光阳极对染料的吸附，提高光电转换效率。
大量研究表明石墨烯应用于太阳能电池的优越性和可行性，尽管光伏产业在过去几年经历了大起大落，但随着国家对新能源开发利用的重视程度，太阳能电池的产销具备持续增长能力，石墨烯的出现正好为光伏产业中一些亟需解决的技术难题提供了解决方案，未来石墨烯在光伏行业大有可为。
