二维层状材料,如石墨烯、过渡金属硫化物、黒磷等,由于其独特的电子和光学性能,而被广泛地应用于纳米电子和光电子领域。研究表明,将不同的二维材料堆叠在一起形成范德瓦尔斯(vdW)异质结,可以在整合单层性能的同时创造出优于单层材料的性能,是制造特定功能材料的有效手段。MX及其Janus-XM2X’(M=Al,Ga,In;X/X’=S,Se,Te,X’≠X)具有高的迁移率(103cm-2V-1s-1),可见光范围内优异的光吸收(104cm-1)和适中的带隙,被认为是构建高性能光电异质结的理想材料。近年来,基于密度泛函理论的第一性原理计算,已经成为模拟解释物理现象和预测材料性能不可或缺的科研手段。基于此,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统地研究了二维Janus-XM2X’/MX范德瓦尔斯异质结的光电性能,得到了一些有意义的理论结果,期望为实验提供一些理论的指导。本文的具体研究内容和所取得的研究结果如下:(1)我们选取了晶格失配在3%以内的XM2X’和MX构建异质结,并研究了四种堆垛对异质结光电性质的影响。结果表明AB2结构是最稳定的堆垛类型,将作为我们主要的研究模型。其中SeAl2Te/InS,SeGa2Te/InS,SeGa2Te/InSe,SGa2Te/InS和SIn2Te/InSe异质结具有直接带隙type-II型的能带排列特征(dtype-Ⅱ)和大的带偏移,有利于光生电子和空穴对的分离和传输,从而大大提高光电转换效率。HSE06的计算结果表明,其带隙大小在1.17～1.73eV范围可与硅的带隙大小相比拟,显示出了在太阳能电池领域的潜在应用。在可见光到紫外区域,异质结显示出了高的光吸收系数(～105cm-1),且明显高于对应的单层,表明异质结比其对应的单层更适合在高性能光电器件中应用。(2)我们探究了由晶格失配引起的平面应力是否会对异质结优异光电性能的稳定性产生很大的影响。结果表明,除SeGa2Te/InSe外,其他三个异质结在3%以内平面应力的影响下仍能保持优异的光电性能。(3)外加电场和垂直应力可以调节层间耦合作用,进而影响材料的光电性能。因此,我们详细研究了外加电场和垂直应力对异质结光电性能的调制。结果表明,在外加电场和垂直应力的影响下,异质结始终保持dtype-Ⅱ的特征以及可见光到紫外范围内高的光吸收,而带隙和带偏移的大小可以被调制到太阳能电池光电转化效率最高的能量范围(0.3eV