石墨烯的发现打开了二维材料物理器件交叉学科研究的大门。石墨烯具有优异的电学、光学和力学性质,如高载流子迁移率,2.3%的吸光率等等,吸引了全世界的科研人员开始研究其在电子器件／电子电路／光电器件上的应用。但是,石墨烯零禁带的特性限制了它在逻辑电路以及光电子器件方面的一些应用。因此,近年来,科学家为了克服石墨烯零禁带这一缺点,开始探索打开石墨烯带隙的方法以及制备其他二维原子材料。在这个背景下,本文针对石墨烯零带隙的缺点,首次从实验上论证提出了二维硅碳体系：主要包括二维碳化硅和二碳化硅,以及硅掺杂石墨烯；本文针对二维硅碳体系的逻辑电路及光电子器件应用,进行了材料物理器件交叉研究,指出二维硅碳体系在太阳能光伏器件方面的应用前景。本论文的主要工作如下：(1)采用化学气相沉积法制备了二维碳化硅与二碳化硅,获得了稳定存在的二维二碳化硅,提出了二维硅碳体系的全新概念：硅碳原子六环结构成键的二维原子平面。(2)采用化学气相沉积法,利用硅烷和甲烷反应合成了单层硅掺杂石墨烯,分析表明硅原子成功进入石墨烯碳六环原子结构形成替代位掺杂,掺杂含量为3.4at%。(3)基于第一性原理的理论计算,得出硅掺杂含量在3.3at%的硅掺杂石墨烯是直接禁带半导体,禁带宽度为0.28eV,功函数比石墨烯高0.13eV。(4)设计研究了硅掺杂石墨烯／砷化镓的异质结,其太阳能平均光电转换效率比原始石墨烯／砷化镓的异质结太阳能电池的平均光电转换效率高33.7%。(5)硅掺杂石墨烯可以有效利用红外波段光线,将硅掺杂石墨烯旋涂在石墨烯／砷化镓的异质结表面,其太阳能光电转换效率比原始石墨烯／砷化镓异质结太阳能电池的光电转换效率高14.6%。