基于二维半导体的光电探测器具备超快的响应速度、高响应率及低暗电流等优异的光电性能,因此吸引了科研工作者的广泛关注。但是它们通常难以同时具备多项优异的光电性能。本论文采用非平衡格林函数方法结合第一性原理计算,研究了黑磷和16种二维宽带隙半导体及其异质结的电子和光学性质及光生电流效应,同时获得了多种优异的光电探测性能。具体研究内容如下:首先利用第一性原理方法系统地研究了16种二维宽带隙半导体及其异质结的电子及光学性质。计算结果显示,这些材料的HSE06带隙在3.0~7.41 e V之间,第一个光学吸收峰在4~8 e V之间,适用于紫外光电探测各种应用领域。我们还设计了一种具有Ⅱ型能带的Mg Br2/Cd Cl2二维垂直范德瓦尔斯异质结(vd Wh),其直接带隙为4.38 e V。我们进一步研究了基于Mg Br2/Cd Cl2 vd Wh及二维单层Zr NY(Y=Cl、Br)光电探测器的光生电流效应。这些体系属于非反演对称性的C3v点群,因此在偏振光照射下无需外加电压或内建电场即可产生持续的光电流,且光电流随偏振态呈正(余)弦变化规律,可实现偏振敏感的紫外检测。计算结果表明,Mg Br2/Cd Cl2vd Wh的消光比高达280,远高于目前实验及理论研究报道的消光比。我们还研究了由光生电流效应驱动的镍-磷烯-镍光电探测器的自旋输运性质。量子输运计算表明,在零偏压下利用线偏光或椭偏光垂直照射器件,可产生持续的光电流;调控光子能量和偏振态可以获得完全自旋极化光电流和很高的隧穿磁阻率(高达360%),这表明该器件具有优秀的自旋滤波和自旋阀效应。本论文结果为设计基于二维单层Zr NY和Mg Br2/Cd Cl2 vd Wh的光电探测器同时具备自供电、高偏振敏感及日盲型紫外探测提供了理论参考;也为基于黑磷的优秀的自供电自旋电子学器件设计提供了一种理论参考。