石墨烯是目前所知最薄、最强和导电性最好的材料。研究发现，通过建立三维堆叠多层异质结构的石墨烯能够制成具备极为敏感的高效光伏设备，可以利用太阳能产生电力。未来有望采用石墨烯制成转换效率更高的新一代太阳能电池。

　　从当前的研究进展来看，石墨烯不仅可以制成太阳能电池用的透明电极，同时还可以用作插入半导体层之间的中间电极。石墨烯最能发挥威力的领域是有机薄膜太阳能电池领域。在太阳能电池中使用石墨烯作为中间电极的优点在于，石墨烯是透明的，而且与半导体层的相容性较高。

　　化学掺杂可以大大降低石墨烯面电阻并调整石墨烯的功函数，制成柔性更高的透明导电薄膜。石墨烯制成的透明导电薄膜，不仅具备导电、透明等太阳能转换器件所必备的性质，还具备金属材料所不具备的柔性。同时，此种薄膜具备对中远红外线高透性质，能显著提升太阳能的转换效率，是新一代太阳能电池的理想材料。当前多晶硅太阳能电池转换效率为30%，理论上石墨烯太阳能电池有望将转换效率提升到60%，未来太阳能电池有望实现小型化。石墨烯可以弯曲且透明，未来有望将石墨烯太阳能电池安装在建筑物外墙，使太阳能用于日常照明和采暖等日常应用。

　　目前，在石墨烯光伏材料研究领域处于领先地位的厂商之一是富士电机。该公司正在积极开发采用石墨烯制成的太阳能电池透明导电膜。

　　超级电容器是基于高比表面积炭电极/电解液界面产生的电容、或者基于过渡金属氧化物/导电聚合物的表面及体相所发生的氧化还原反应来实现能量存储和转换的电子元件。其构造和电池类似，主要包括正负电极、电解液、隔膜和集流体。

　　作为一种新型储能装置，超级电容器具有体积小、输出功率高、充电时间短、使用寿命长、工作温度范围宽、安全且无污染等优点，有望成为未来新型的电源装置。要制造出高性能的超级电容器，电极材料是超级电容器的关键所在，决定着电容器的主要性能指标，如能量密度、功率密度和循环稳定性等。目前，纳米结构的活性炭、碳化物转化炭、碳纳米管、氧化钌、聚苯胺和聚吡咯等均已用于微型超级电容器的电极材料。但是上述材料整体性能不能满足微型能源系统的要求。同时，制造微型超级电容的光刻工艺复杂，生产周期长，成本高昂，一定程度上制约了超级电容商业化进程。

　　试验证明，石墨烯有望成为新型高效的超级电容器电极材料。目前已经研究出以石墨烯为基础的新型微型超级电容器，此类电容器外形小巧，充放电速率高，同时具备极佳的机械柔性。与传统固态电解质相比，石墨烯电介质可显著提升电容器容量及耐用时间，可以与薄膜型锂离子电池相媲美。这种新颖的石墨烯微型电容器有望应用于MEMS系统、便携式电子设备、无线传感网络、柔性显示器，以及其多种生物体内电子设备的储能器件。

　　研究表明，石墨烯超级电容器的充放电速度比传统电池快1000倍。此项技术若能商业化，未来汽车或手机充电时间有望大大缩短。目前，超级电容器主要的技术瓶颈在于提升介质能量密度，同时需要将成本降低。

　　触摸屏是石墨烯未来应用的又一大热点。近几年随着智能手机和平板电脑的大规模普及，全球触摸屏需求量也随之大幅增加。数据显示，2013年全球电子设备触摸屏总面积同比增长两倍，达到2550万平方米。预计到2015年，触摸屏生产面积将达到3590万平方米。

　　与传统的ITO触摸屏相比，石墨烯触摸屏无毒环保，相比ITO使用有毒的稀有金属铟，石墨烯对环境友好。其次，石墨烯的光学性能要优于ITO，能部分消除镜面反射，可有效解决长期困扰ITO的光学镜面反射问题。在强光下，ITO屏幕会变黑，而同样情况下的石墨烯触摸屏镜面反射会减弱很多。石墨烯还能折叠弯曲，未来有望延伸至移动智能穿戴设备领域。在未来的触摸屏领域，石墨烯电容式触摸屏有望替代现有的氧化铟锡（ITO）透明电极。

　　石墨烯触摸屏研究处于前列的国家有美国、英国、日本和韩国。目前开始产业化的公司有韩国三星、日本索尼、二维碳素、美英的Cambrios Tec以及3M。日本东丽、东芝、索尼产研和信越化学、三星等厂商在石墨烯研究方面进展迅速。

　　近期有报道称，IBM公司研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路。科学家预测，这项突破可能预示着未来有望采用石墨烯圆片来替代硅晶片。这块集成电路建立在一块碳化硅上，并且由一些石墨烯场效应晶体管组成。最新的石墨烯集成电路混频最多可达10G赫兹，承受125摄氏度的高温。

　　未来石墨烯集成电路有望使智能手机、平板电脑和可穿戴电子设备等电子终端运行速度更高、能效更低、成本更低。

　　生物传感器是生命分析化学及生物医学领域中的重要研究方向，已广泛应用于临床疾病诊断和治疗研究。石墨烯制成的生物传感器对生命分析领域的快速发展具有重要现实意义。在基因组测序技术领域，最近成功开发出来的DNA感测器，是一种以石墨烯为基础的场效应类晶体管设备，能探测DNA链的旋转和位置结构。该感测器利用石墨烯的电学性质，成功实现检测DNA序列的微观功能。

　　苏州纳米研究所研究出使用PEG包被荧光标签的纳米石墨烯片（NGS）在体内的作用，在活体内异种皮肤肿瘤移植荧光成像中，NGS表现出了高肿瘤细胞摄取率。尽管对这种新型碳纳米材料在体内表现还需要更多的认知以及长期的毒性研究，但是此种方法为石墨烯在诸如肿瘤治疗的生物医学领域提供了方向。

　　此外，石墨烯由于其超高的载流子迁移率和导热效率，未来有望成为LED导热领域的新型应用材料。