二维材料因其独特的电子特性，一直是近年来研究的热点。狄拉克半金属性质的石墨烯（Graphene）是典型的二维材料，其透明、导电和柔性的特性可以作为柔性太阳能电池的电极材料。除此之外，具有表面金属态而体内绝缘特性的拓扑绝缘体（TIs）也是刚被发现和研究的二维材料，其独特的狄拉克金属表面态以及较窄的体带隙能够将吸收光谱拓宽到红外波段，是红外光电探测器的重要材料。二维材料在光学和电学方面展现出的优越性能，使其在光电器件中的应用具有较大潜力。但是目前针对二维材料的研究才刚刚起步，发现和被研究的二维材料不但数量少，而且研究深度不够，更多的创新性应用还有待发掘。硅纳米柱（SiNPs）作为硅纳米结构家庭的一员，相较于硅纳米线阵列具有可比的光吸收能力，同时在和二维材料形成的异质结中具有效接触面积大等优点。另外，硅纳米柱由于其可控的制备工艺流程（有效的控制柱子的高度和尺寸），从而调节入射光的吸收和器件接触面积之间的平衡，以实现理想的器件效率。　　本文以聚苯乙烯小球作为掩膜并结合反应离子刻蚀技术制备出了大面积的硅纳米柱阵列。并创新性的将得到的硅纳米柱阵列分别与石墨烯和拓扑绝缘体等二维材料相结合，构筑了高性能的太阳能电池和宽光谱的光电探测器。论文的主要内容如下：　　一、硅纳米线（SiNWs）是常见的硅纳米结构，在它和二维材料形成的异质结中，SiNWs主要存在接触面积小的问题。和SiNWs相比，SiNPs除了具有可比的光吸收能力外，在和二维材料形成的异质结中能够提升器件接触面积。我们通过聚苯乙烯小球作为掩膜并结合反应离子刻蚀制备了硅纳米柱阵列，并通过对反应刻蚀气体比例和刻蚀时间调节，优化了硅纳米柱阵列的陷光性能。　　二、SiNWs在和二维材料形成的异质结器件中存在接触面积小的问题，很大程度上影响了器件的效率。我们构筑了基于Graphene/SiNPs异质结太阳能电池，利用硅纳米柱阵列取代湿法刻蚀制备的硅纳米线阵列，保留了硅纳米阵列优异的光吸收性能，提高了异质结的接触面积，提升了器件的光电转换效率，最后得到了器件效率为10.15％的太阳能电池。　　三、拓扑绝缘体较窄的体带隙，自身只能形成比较小的势垒来阻止载流子复合，使得光生载流子复合严重，光电探测性能较差。但是，将拓扑绝缘体和硅纳米柱阵列结合形成异质结，在界面处能够形成肖特基势垒，内建电场可以有效促进光生载流子的分离和传输。我们通过化学气相沉积法（CVD）在硅纳米柱阵列表面合成了拓扑绝缘体Bi2Se3薄膜来构筑Bi2Se3/SiNPs异质结光电探测器，利用硅纳米柱阵列取代平面硅，实现了异质结对入射光吸收的增强，提升了器件的响应度，响应度达6.26 AW-1。另外，成功将器件的光谱探测范围拓宽到了光通讯波段（1550 nm）。　　四、拓扑晶体绝缘体（TCIs）作为拓扑绝缘体（TIs）材料中新的成员，具有独特的性质，如高对称的晶格结构、多重的表面态和可调的电子性质。我们基于化学气相沉积法（CVD）制备出了高质量、大面积的TCIs SnTe薄膜，并构筑了SnTe/SiNPs异质结光电器件。利用带隙更窄的拓扑晶体绝缘体取代传统的拓扑绝缘体，再结合硅纳米柱阵列，实现了器件性能全方位的提升，响应度达8.8 AW-1，探测率为8.8x1012 cmHz1/2 W-1，响应速度为8μs。另外，该器件的光谱探测范围覆盖了紫外-近红外波段。