光電效應當電子從外界獲得能量時將會跳到較高的能階，獲得的能量越多跳的能階也越高，電子處在較高的能階時并不穩(wěn)定，很快就會把獲得的能量釋放回到原來的能階。如果電子獲得的能量夠高就擺脫原子核的束縛成為自由電子，電子空出來的位置則稱為空穴。自由電子可能會因為摩擦或碰撞等因素損失能量，后受到空穴的吸引而復合。N型半導體中自由電子濃度較高，因此自由電子由N型半體向P型半導體擴散，同樣的空穴會由P型半導體向N型半導體擴散。例如，硅的外層電子要成為自由電子需要吸收1.1ev的能量，當硅外層電子吸收到的光能量超過1.1ev時將會產(chǎn)生自由電子及空穴

通過PN結(jié)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。太陽能電池對光電轉(zhuǎn)換材料的要求是轉(zhuǎn)換、能制成大面積的器件，以便更好地吸收太陽光。已使用的光電轉(zhuǎn)換材料以單晶硅、多晶硅和非晶硅為主。用單晶硅制作的太陽能電池，轉(zhuǎn)換達20%，但其成本高，主要用于空間技術(shù)。多晶硅薄片制成的太陽能電池，雖然光電轉(zhuǎn)換效率不高（約10%），但價格低廉，已獲得大量應用。1ev小很多，在室溫超過200度k時即可使所有雜質(zhì)產(chǎn)生自由電子，同樣在硅中加入少量的三價原子可以提高空穴濃度。此外，化合物半導體材料、非晶硅薄膜作為光電轉(zhuǎn)換材料，也得到研究和應用。

但和普通二極管不同,光電二極管是在反向電壓下工作的。它的暗電流很小，只有0-1微安左右。在光線照射下產(chǎn)生的電子----空穴對叫光生載流子，它們參加導電會增大反向飽和電流。光生載流子的數(shù)量與光強度有關，因此，反向飽和電流會隨著光強的變化而變化，從而可以把光信號的變化轉(zhuǎn)為電流及電壓的變化。光伏效應在19世紀即被發(fā)現(xiàn)，早期用來制造硒光電池，直到晶體管發(fā)明后半導體特性及相關技術(shù)才逐漸成熟，使太陽光電池的制造變?yōu)榭赡?。光電二極管主要用于近紅外探測器及光電轉(zhuǎn)換的自動控制儀器中，還可以作為光導纖維通信的接1收器件。

應用隨著傳統(tǒng)燃料能源的減少以及對環(huán)境造成的危害也越來越嚴重 ,能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，越來越多的國家制定了大力發(fā)展太陽能的計劃。例如，美國的“ 光伏建筑計劃”、歐洲的“百萬屋頂光伏計劃” ，日本的“朝日計劃 ” ，以及我國發(fā)展的“光明工程 ”等都極大地促進了太陽能的發(fā)展。當前太陽能電池產(chǎn)品類型主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅、化合物半導體和疊層太陽能電池等，主要應用在以下領域。光電檢測器件----用作近紅外探測器、光電讀出、光電耦合、激光準直、電影還音等設備的光感受器。