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石墨烯具有優異的電學、熱學、結構和力學性能，以及完美的量子隧道效應、優異的電導率等一系列特殊性質，并同時具備價格低廉的有點，被業界不便認為在下一代電晶體、透明導電膜、儲能技術、化學傳感、功能復合材料等領域應用前景十分廣闊。
除了替代儲能電池中的既有材料，石墨烯也被證明可制造出性能優異的太陽能電池，而且是未來獲得廉價耐用太陽能電池的最佳途徑之一。美國麻省理工學院的研究人員在柔性石墨烯片上涂復納米線，生產出低成本、透明以及柔韌性佳的太陽能電池，能夠在窗戶、屋頂以及其他物體的表面使用。
石墨烯可能是替代銦錫氧化物（ITO）的新材料。除了成本較低外，它還有諸如柔韌性佳、重量輕、機械強度與化學穩定性高等優點。在復蓋硫化物量子點的情況下，雖然石墨烯的功率轉換效率比通用的矽電池低4.2%，但今后在特殊用途中將具有競爭力。
在2012年的早些時候，美國佛羅里達大學物理學研究人員表示，通過對石墨烯材料進行三氟甲基磺醯胺（簡稱TFSA）摻雜處理，獲得了具有能量轉化率高的摻雜石墨烯太陽能電池。摻雜后的石墨烯太陽能電池的能量轉化率高達8.6%，創造了石墨烯太陽能電池能量轉換的紀錄。
研究人員表示，如果石墨烯太陽能電池的能量轉化率達到10%，且保持生產成本足夠低，那么它們將成為市場上有力的競爭者。
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