為更有效的利用由電子與空穴來產(chǎn)生電流，因此必須加入電場使自由電子與空穴分離進(jìn)而產(chǎn)生電流。當(dāng)電子束接觸到靶面某個單元時，使陰極、光電靶、負(fù)載電阻RL及電源E構(gòu)成一個回路。1產(chǎn)生電場的方式很多如PN接面、金屬半導(dǎo)體接面等，其中1常用的方式為PN接面。提高自由電子濃度常用的方法是在硅中加入少量的五價原子，五價原子的四個價電子與硅鍵結(jié)后剩下一個價電子，使剩下的價電子游離只需要0.05ev，比原來的1.1ev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。

在硅中加入五價原子后稱之為N型半導(dǎo)體，加入三價原子后稱之為P型半導(dǎo)體。發(fā)光二極管工作電壓很低(15-3伏),工作電流很小(10-30毫安),耗電極省。N型半導(dǎo)體及P型半導(dǎo)體雖然帶有自由電子或空穴但本身仍然保持電中性，如果N型半導(dǎo)體及P型半導(dǎo)體內(nèi)雜質(zhì)濃度均勻分布則內(nèi)部沒有電場存在。若將N型半導(dǎo)體及P型半導(dǎo)體接和在一起，會因?yàn)閮蛇呑杂呻娮优c空穴的濃度不同產(chǎn)生擴(kuò)散。N型半導(dǎo)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(dǎo)體擴(kuò)散，同樣的空穴會由P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散。

通過PN結(jié)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。光電器件主要有：利用半導(dǎo)體光敏特性工作的光電導(dǎo)器件、利用半導(dǎo)體光伏打效應(yīng)工作的光電池和半導(dǎo)體發(fā)光器件等。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(dá)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(yīng)用。此外，化合物半導(dǎo)體材料、非晶硅薄膜作為光電轉(zhuǎn)換材料，也得到研究和應(yīng)用。

當(dāng)光電池兩端接有負(fù)載時，將有電流流過負(fù)載,起著電池的作用。N型半導(dǎo)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(dǎo)體擴(kuò)散，同樣的空穴會由P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散。硅光電池的用途極度為廣泛。主要用于下述幾個方面：能源----硅光電池串聯(lián)或并聯(lián)組成電池組與鎳鎘電池配合、可作為人造成衛(wèi)1星、宇宙飛船、航標(biāo)燈、無人氣象站等設(shè)備的電源；也可做電子手表、電子計(jì)算器、小型號汽車、游艇等的電源。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(zhǔn)直、電影還音等設(shè)備的光感受器。