Za pojawienie się napięcia na nóżkach diody odpowiedzialne jest zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne, które polega na zmianie światłem koncentracji nośników prądu w półprzewodnikach i dielektrykach (w metalach jest ono niezauważalne). Można je pokazać właśnie za pomocą diod fotoluminescencyjnych. Dysponując właściwymi diodami (efektywność zależy od szczegółów konstrukcji) i dostatecznie dużym natężeniem światła (np. słonecznego) można pokazać, że wielkość napięcia nie zależy od natężenia, ale jedynie od koloru diody - jest to automatyczny przelicznik koloru światła na energię kwantów Plancka, wyrażoną w eV (po odjęciu 0.8 V na spadek napięcia na złączu n-p). Innym typem tego zjawiska jest zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polegające na emisji elektronów z ciała stałego do próżni pod wpływem światła. Wykorzystane jest ono np. w fotokomórkach lub detektorach światła.

Złącza pewnych półprzewodników z warstwą zaporową charakteryzują się jednostronnym przewodnictwem, tzn. prąd może płynąć przez złącze tylko w jednym kierunku. Elektrony pochłaniające energię świetlną zaczynają dokonywać jednostronnych przejść. W wyniku tego zjawiska półprzewodniki tworzące kontakt mają różne potencjały. Włączenie do obwodu elektrycznego naładowanego elementu, nazywanego fotoelementem lub fotoogniwem, powoduje przepływ prądu elektrycznego. Fotoogniwa z warstwą zaporową nie wymagają aby w obwodzie występowały zewnętrzne źródła napięcia. Inaczej mówiąc, przekształcają one energię świetlną bezpośrednio na energię elektryczną. Z tego powodu wykorzystywane są jako elementy baterii słonecznych.