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自石墨烯被发现以来,基于石墨烯的研究引起了科学界和工业界的关注。由于具备强透光性、高迁移率、宽频谱吸收等优点,石墨烯在光伏器件、光电探测器等领域得到广泛应用。石墨烯的导带和价带相交于狄拉克点,带隙为零,由于狄拉克点附近电子态密度很低;石墨烯费米能级极易受到外部注入载流子的调控。本文针对石墨烯费米能级可调,宽频谱吸收等特点,设计了新型石墨烯/半导体异质结光电器件:率先用多种量子点宽波段的光掺杂提升石墨烯/半导体异质结光伏器件功率转换效率;率先实现石墨烯/砷化镓异质结器件在近红外传感(980 nm)领域的应用,并且通过稀土离子的荧光上转换提高探测器的光电响应;设计、实现光掺杂和表面等离子体共振协同增强的新型石墨烯/砷化镓异质结光电探测器。本论文的主要工作如下:(1)完成石墨烯/砷化镓异质结光伏器件。改变电极退火条件,降低砷化镓与金电极的接触电阻;优化砷化镓表面钝化工艺减少表面悬挂键,降低载流子在表面的复合几率;器件的功率转换效率达到8.57%,其中短路电流密度、开路电压、填充因子分别为17.80mA/cm2、0.67V、71.80%。设计ZnO、InP量子点共同光掺杂增强的石墨烯/砷化镓异质结光伏器件,旋涂量子点后器件的功率转换效率从8.57%增加到11.57%,增幅为34.19%。器件转换效率提升归因于ZnO、InP量子点吸收短波段的太阳光,产生的光生载流子注入石墨烯改变了其费米能级的位置,从而引起异质结内建电场变强、耗尽层宽度变宽,提高载流子的分离能力。(2)发现三层石墨烯/砷化镓异质结光电探测器能探测波长为980 nm的入射光(1.26 eV),该波长的光子能量小于砷化镓的禁带宽度(1.42 eV),说明该器件能有效地收集石墨烯的光生载流子,该光电探测器的响应度为2.31 mA/W,探测度为3.40×1010cmHz0.5/W。在石墨烯/砷化镓异质结光电探测器表面旋涂上转换纳米颗粒后,器件的响应度从2.31 mA/W提升到5.97 mA/W,探测度从3.40×1010 cmHz0.5/W提升到1.10×1011 cm Hz0.5/W。石墨烯/砷化镓异质结光电探测器光电响应提升的原因主要有以下三方面:辐射能量转移、非辐射能量转移、上转换纳米颗粒引起的减反射。(3)设计硅量子点光掺杂和纳米金粒子表面等离子体共振协同增强的石墨烯/砷化镓异质结光电探测器,旋涂纳米颗粒和量子点后,在功率为5.5 uW、波长为532 nm的入射光光照下,器件的短路电流由1.73 uA增加到2.60 uA,增幅为 55%,响应度达到 470mA/W(1.81×105V/W),探测度为 2.0×1012cmHz0.5/W。(4)检验石墨烯/砷化镓异质结光电器件在自然环境中的稳定性。器件在空气环境中放置10天,功率转换效率仅下降0.61%;初始功率转换效率为8.35%的器件在空气环境中放置两年后功率转换效率为7.35%,下降11.7%,表明该器件具备良好的稳定性。