本发明涉及光电材料应用技术领域，提供了一种石墨炔和二硫化钼结合的非易失性多级光电存储器及制备，该光电存储器包括自下而上依次设置的绝缘衬底、电荷束缚石墨炔层和电荷传输二硫化钼层；电荷传输二硫化钼层上相对设置源极和漏极；电荷束缚石墨炔层为石墨炔纳米薄膜，通过等离子刻蚀等方法获得；电荷传输二硫化钼层为二硫化钼纳米片，通过化学气相沉积法或者机械剥离获得。本发明利用石墨炔纳米薄膜作为电荷束缚层，二硫化钼作为电荷传输层，制备了非易失性多级光电存储器，实现了通过背栅脉冲和光脉冲调控石墨炔中束缚的电荷，在无背栅极作用下实现二硫化钼超低暗态电流和该存储器的多级光电存储功能；结构简单，易于制备，具有重大实用价值。