石墨烯鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)
鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)由於其有趣的帶隙和吸收特性，在過去的幾年裡已經取得了很大的進步。鈣鈦礦太陽能電池有一個標準的結構，包括所使用的材料類型，所以用一種材料替代另一種材料是一個相對簡單的過程，可以得到高度可調的太陽能電池設備。
由阿納託酶- tio2和石墨烯納米薄片組成的納米複合材料的PCE有望達到15.6%。當納米複合材料被用作n型電子收集層時，這些太陽能電池可以獲得最好的結果。石墨烯以單層形式存在，僅佔整個細胞的0.6 wt%。高於此值的任何量都會降低效率並依賴於薄的收集層。
這些鈣鈦礦太陽能電池也可以通過低溫燒結方法生產。這些電池還分別具有12-21.9 mAcm-2和1.05 V的短路和開路值。
當與高效的光吸收劑搭配使用時，氧化石墨烯可以用作倒置太陽能電池的空穴導體。這種類型的PSC的製造在合成上更加複雜，但是提供了9.26%到11%的PCE，比沒有氧化石墨烯層的類似太陽能電池高7%。較薄的氧化石墨烯層(2nm)可以產生更高的效率。這些太陽能電池的平均短路和開路值在15.58 mAcm-2和0.99 V左右。
與之前的例子類似的太陽能電池已經被製造出來，但使用還原氧化石墨烯作為空穴傳輸層，並使用光吸收材料。這些太陽能電池最高只能達到9.14%的PCE，但更穩定，在持續暴露在陽光下140小時後，可以保持62%的初始PCE。
因此性能優於許多其他太陽能電池，這些電池在使用120小時後會嚴重退化。與其他石墨烯衍生物相比，氧化石墨烯的穩定性更高，這是由於氧化石墨烯的抗氧性和抗溼性增加。
氧化石墨烯的一個應用是利用兩親性基團使其功能化，以提高鈣鈦礦太陽能電池表面的界面潤溼性。氧化石墨烯的改性可將空穴輸運層溶液的接觸角降低至0°。石墨烯片中的碳碳鍵通過p-p相互作用吸收空穴運輸層分子，改善太陽能電池內部的界面相互作用，從而提高性能。功能化的氧化石墨烯可作為PSCs中的緩衝層，而兩用石墨烯片不僅能增加短路和開路電位，還能使PSC器件的PCE提高45%。
石墨烯塗層石墨烯可用於PSCs以獲得高結果。石墨烯是一種類似於石墨烯的二維材料，但與石墨烯的正六邊形sp2陣列結構不同，石墨烯含有sp和sp2混合碳，可以被認為是由乙炔鍵連接的苯環晶格，這些苯環以不規則六邊形排列。
在倒置的太陽能電池中，將石墨烯摻入混合電極，可獲得高達14.8%的pce，遠遠高於相同成分的非石墨烯太陽能電池。
Graphene-Organic太陽能電池
雖然太陽能電池的主要關注點通常傾向於涉及不同的無機成分，但太陽能電池的有機成分也起著重要的作用。太陽能電池中的有機和無機成分各有利弊，但有機成分的優化可以生產出更高效的太陽能電池。
傳統上可能是無機的成分現在正被無機-有機混合材料所取代，這種材料具有更好的物理性能、可溶解性、高性價比、更大的表面積和更輕的重量。許多太陽能電池的一個問題是環境穩定性，但有機分子可以提供穩定的溫度，水分和化學降解太陽能電池，即使作為一種混合材料。有機和無機組分的結合通常比它們的純前身產生更高的穩定性和效率。
除了這兩個電極，傳統的有機太陽能電池還含有一個活性的PEDOT:PSS層和一個施主-受主共混層——通常由P3HT或富勒烯(或兩者都有)組成。
近年來，活性的PEDOT:PSS層已被石墨烯衍生物取代，通常用作有機太陽能電池的空穴傳輸層。這些組件，雖然不是專門的一類，涵蓋了廣泛的太陽能電池應用，包括在許多異質結太陽能電池。
石墨烯塊狀異質結太陽能電池
石墨烯的高導電性、透明性和靈活性使其在異質結太陽能電池中非常有用，在異質結太陽能電池中，石墨烯可以以多種不同的方式使用，包括電極(陽極和陰極)、受體層、供體層、緩衝層和活性層。太陽能電池內部的多結嚴重依賴於石墨烯的特定可調參數，包括厚度、熱退火溫度、片上摻雜濃度及其光伏性能。
石墨烯-異質結太陽能電池是目前研究和應用最廣泛的石墨烯太陽能電池。異質結太陽能電池有很多變體，石墨烯衍生物如何被納入其中，包括作為透明電極、光敏層和砷化鎵(GaAs)太陽能電池。因此，石墨烯異質結太陽能電池不能被概括為單一類別的太陽能電池。
石墨烯透明電極
石墨烯可以很容易地整合到某些層中。加上石墨烯優異的電學、光學、機械和熱學性能，使得它可以作為太陽能電池中的透明電極進行研究。我們已經研究了複合石墨烯透明電極中使用的幾種不同分子，但目前還有許多其他分子正在研究中。
在石墨烯被用作透明電極之前，ITO是最常用的材料，因為它具有很高的光學透明度。但是，ITO沒有成本效益，易碎，缺乏機械靈活性。
石墨烯具有90-100%的高光學透明度和低的片層電阻，即使在多層石墨烯堆中也是如此，這兩者都是透明電極應用的優良特性。
在異質結太陽能電池中，石墨烯衍生物同時用作正極和負極的例子很多。這些石墨烯衍生物中使用的一些常見分子包括聚萘酸乙二醇酯(PEN)、PEDOT、PSS、MoO3和ZnO等。PEDOT:PSS層是石墨烯透明電子中最常見的，其他材料也被加入以改善和/或調整其性能。
利用石墨烯基雙電極系統，柔性太陽能電池使用不同的石墨烯衍生物製成。含有不同組合石墨烯、PEDOT:PSS、PTB和無機氧化物的PEN襯底，陽極的PCE一般為6.1-6.9%，陰極為6.7- 7.1%。
這些太陽能電池也被發現表現出短路光電流密度高達14.8 mAcm-2，開路電壓高達0.71 V，在100次拉伸彎曲週期(或20次彎曲週期)後，有可能獲得高達57.6%的形狀因子。這些複合雙石墨烯電極製成的太陽能電池在機械拉伸結合試驗中沒有活性損失，效率高，機械強度好。
另一種石墨烯雙電極太陽能電池採用了PEDOT:PSS、銅和巴克敏斯特富勒烯(C60)，其中一個電極摻雜了金粒子(以金(III)氯化物的形式)。石墨烯電極的摻雜改變了石墨烯片表面PEDOT:PSS層的潤溼性。屬性的變化導致整個單元的PCE性能增強。這種太陽能電池是用1-3層石墨烯製成的。這種太陽能電池的PCE約為1.63%。PSS可以被聚乙二醇(PEG)代替，以生產腐蝕性更低的太陽能電池(PSS是一種強酸)。然而，與其他電池相比，PCE要低得多，所以它通常不被使用。可以替代PEDOT:PSS的是MoO3。
這已被一些研究人員用來產生一種不同類型的空穴傳輸層。在這些電池中，低壓石墨烯用於石墨烯源。這些電池由陽極組成，陽極由石墨烯、MoO3、C60和銅酞菁(CuPc)組成。
這是一種類似於許多PEDOT的成分:PSS電極，並允許在性能上進行直接比較——這是選擇該成分的眾多原因之一。
根據空穴傳輸層的厚度，這些太陽能電池的PCE範圍在0.71-0.31%之間。而PEDOT:PSS參考電池的PCE為0.85%，這類電池的PCE遠遠高於過渡金屬電極，其中Mg/Al電極的PCE最高，為0.56%。
石墨烯透明電極的另一個研究領域是鋅-石墨烯陽極。
一些研究人員已經開發了一種基於P3HT、ZnO和ZnS核殼納米棒陣列的混合光陽極，懸浮在ITO修飾的還原氧化石墨烯薄膜上。各組分在電極內具有特定的功能，P3HT為空穴受體，ZnS為中介物，ZnO為轉運體和導電集電極。
在這些陽極中，PCE因還原氧化石墨烯薄膜和ZnS/ZnO納米棒的存在而增強，顯示PCE大於1.01%。這是不含石墨烯的電極PCE的2.5倍，儘管仍然沒有其他太陽能電池高。
也有許多其他的嘗試來改善透明電極和整個太陽能電池的光電性能。在石墨烯、金、P3HT、PCBM、PEDOT:PSS、銅和PMMA等不同成分的基礎上，使用了不同的多層電極，得到了顯著不同的結果。
這些電極的透明度變化從82.3%降至90%,單抗性不同的大規模92Ωm-2和374Ωm-2之間。
這種電極的PCE在1.17%到13.3%之間變化。
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