光电效应当电子从外界获得能量时将会跳到较高的能阶，获得的能量越多跳的能阶也越高，电子处在较高的能阶时并不稳定，很快就会把获得的能量释放回到原来的能阶。如果电子获得的能量够高就摆脱原子核的束缚成为自由电子，电子空出来的位置则称为空穴。自由电子可能会因为摩擦或碰撞等因素损失能量，***后受到空穴的吸引而复合。1、发光二极管发光二极管的管芯也是一个PN结,并具有单向导电性。例如，硅的***外层电子要成为自由电子需要吸收1.1ev的能量，当硅***外层电子吸收到的光能量超过1.1ev时将会产生自由电子及空穴
为更有效的利用由电子与空穴来产生电流，因此必须加入电场使自由电子与空穴分离进而产生电流。1产生电场的方式很多如PN接面、金属半导体接面等，其中***1常用的方式为PN接面。提高自由电子浓度常用的方法是在硅中加入少量的五价原子，五价原子的四个价电子与硅键结后剩下一个价电子，使剩下的价电子游离只需要0.05ev，比原来的1.1ev小很多，在室温超过200度k时即可使所有杂质产生自由电子，同样在硅中加入少量的三价原子可以提高空穴浓度。由此可见，光电倍增管的性能主要由光阴极、倍增极及极间电压决定。
1、多接面、多能隙、多能带结构，使用不同能隙的材料来吸收不同波长的光子。减少载子能带内的能量释放，大幅度提高太阳能电池的效率；2、一个光子产生多个电子一空穴对，增加输出的光 电流，从而提高太阳能 电池的效率；3、热载子太阳能电池，提高载子温度能够大幅度提高太阳能电池的效率；4、黑体辐射的频谱转换，将太阳光改变成理想的光源，减少载子能带内的能量释放，提高太阳能电池的效率；5、新材料如染料感光太阳能电池、聚合物和有机物材料的太阳能电池等；6、热光伏特1效应，将不能进行光伏效应的太阳能通过晶格振动的多声子吸收转化为可以进行光伏效应的光能 ，从而提高太阳能电池的效率。光生载流子的数量与光强度有关，因此，反向饱和电流会随着光强的变化而变化，从而可以把光信号的变化转为电流及电压的变化。 