第四族单硫族化合物（GeSe、SnSe、GeS、SnS）具有非常优异的光电子性质,受到了研究的广泛关注。在这四种化合物的单层结构中,只有GeSe单层是具有直接带隙的半导体,且具有优异的光学性能。最近几个原子层和单层的锡化锗已通过机械剥离和激光减薄技术被制备成功。在此基础上的二维GeSe的光电性能研究和器件设计成为将来应用的关键,是当前的研究热点。本文基于密度泛函的第一性原理计算方法,首先开展了单层GeSe的电子和光学性质研究。通过杂化泛函计算证实了单层GeSe具有1.71eV的直接带隙,载流子迁移率达到了10³数量级,光学吸收系数可达10⁵cm^-1,具有优良的半导体器件应用前景。通过不同方式的堆垛结构设计,发现AA、AC堆垛具有间接带隙,而AB、AD堆垛则拥有直接带隙;研究还表明,AB堆垛的双原子层GeSe在沿锯齿型方向施加单轴应变可在较大范围内调节直接带隙的宽度。在研究单层GeSe和双层堆垛的基础上,通过构建异质结来探索单层GeSe的光电应用。计算设计了由单层GeSe和石墨烯构成的异质结,发现它们可以形成肖特基接触。在构成的GeSe/graphene异质结中,能带计算发现单层GeSe的直接带隙和石墨烯的狄拉克锥可以保持。通过调控层间距,发现GeSe/graphene异质结的肖特基势垒高度可以得到调节,并且石墨烯打开了0.17eV的带隙。发现施加电场和应变都能调节GeSe/graphene异质结的肖特基势垒高度及接触类型,可作为肖特基器件应用。关注单层GeSe和同族化合物单层构成的异质结,通过计算设计了由单层GeSe和单层SnSe组成的异质结。计算发现GeSe/SnSe二维异质结具有第II类型的能带,能带大小为0.89eV,具有较高的光学吸收系数。理论计算表明,GeSe/SnSe二维异质结的光电转换效率可以达到21.47%,高于二硫化钼和黑磷构成的二维异质结。计算表明,设计的GeSe/SnSe二维异质结的空穴的载流子迁移率可以达到10⁴ cm²V^-1s^-1。具有第II类型能带、高光电转换效率、高载流子迁移率的GeSe/SnSe二维异质结在太阳能电池应用方面具有应用前景。